Procedimiento de tratamientoo superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos mediante plasma a presión atmosférica.

Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos mediante plasma a presión atmosférica.

Este procedimiento para el tratamiento de la piedra natural, se caracteriza porque consta de los pasos siguientes:

a) Se coloca el material a tratar en una cámara a presión atmosférica.

b) Se selecciona un determinado gas, que puede se aire, argón u oxígeno.

c) Se hace pasar el flujo del gas seleccionado, por uno o más electrodos de alto voltaje.

d) Los electrodos crean iones cargados positivamente en las partículas de aire del medio, que se dirigen a la superficie del sustrato (piedra natural).

e) Polarización de la superficie del sustrato mediante las partículas cargadas positivamente.

Las condiciones del tratamiento son las siguientes:

- Frecuencia de tratamiento: 19-23 kHz

- Distancia piedra natural-plasma: 1-12 mm

- Velocidad de tratamiento: 1-50 m/min

- Número de tratamientos consecutivos: 1-10.

Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos mediante plasma a presión atmosférica.

Objeto

Sector industrial: Materiales de la construcción.

Este invento consiste en un procedimiento para el tratamiento superficial de la piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos, con plasma a presión atmosférica para la mejora de la adhesión de estos sustratos a distintos recubrimientos.

Antecedentes de la invención

En el campo de los polímeros y los plásticos es conocido el tratamiento superficial con plasma. El objetivo de dichos tratamientos es modificar la superficie de los polímeros, de forma que se incremente su energía superficial, mojabilidad y sea similar a la del otro material al que debe de unirse, de forma que se incrementen sus propiedades de adhesión. Esto se consigue mediante la creación de grupos, generalmente oxigenados, tipo hidroxilo, carboxilo, carbonilo, etc. que son de mayor polaridad que los grupos hidrocarbonados típicos de los materiales poliméricos.

Por otra parte existe una gran cantidad de consolidantes en el mercado para piedra natural, basados mayoritariamente en polímeros orgánicos. Sin embargo, su utilización está limitada por la escasa compatibilidad entre el polímero (material orgánico) y la piedra (material inorgánico) . Esta falta de compatibilidad entre materiales conlleva una escasa mojabilidad y penetración del agente consolidante en el seno del material.

El refuerzo con malla es habitual también en piedra natural con objeto de disminuir el número de roturas. El tratamiento superficial mediante plasma a presión atmosférica incrementa la adhesión de la malla al sustrato de piedra natural, así como de cualquier recubrimiento polimérico aplicado a la superficie de piedra aglomerada o de otros materiales sustrato inorgánicos.

No se ha encontrado en bibliografía ninguna información que haga referencia al uso de tratamientos con plasma a presión atmosférica para modificar la superficie de la piedra natural, aglomerada y de otros materiales inorgánicos y mejorar sus propiedades de mojabilidad y adhesión.

Planteamiento del problema

Uno de los principales problemas con los que se enfrenta en la actualidad la industria de la piedra natural es el elevado número de roturas que se produce al elaborar las baldosas, sobre todo en las etapas de pulido y transporte, procesos durante los cuales las piezas son sometidas a esfuerzos y vibraciones que incrementan el número de fracturas. Este problema no supone únicamente una considerable pérdida económica, sino también disminución en la producción y la generación de grandes volúmenes de piezas rotas, lo que conlleva problemas medioambientales derivados de la creación de vertederos para su almacenamiento.

Estas roturas en piedra natural durante el proceso de corte son debidas a la existencia de zonas débiles. Para paliar este problema, debe reforzarse la estructura de estos materiales. El procedimiento consiste en aplicar recubrimientos en su superficie, proceso conocido en el sector de la piedra natural como consolidación de la piedra.

El proceso de refuerzo por consolidación consiste en la aplicación de un material que penetre con cierta profundidad en el seno de la piedra natural, mejorando su cohesión, propiedades mecánicas y su adhesión. Los principales métodos de consolidación están basados en el refuerzo de piedra natural con recubrimientos poliméricos con cierta capacidad de penetración para unir los granos que se encuentran sueltos en el seno de la piedra. Factores fundamentales para conseguir una resistencia estructural con el consolidante, son máxima compatibilidad, mojabilidad y adhesión a la piedra, para lo cual es fundamental la energía superficial tanto del recubrimiento como del sustrato.

Además, es fundamental que el agente consolidante sea compatible con la piedra natural, de forma que se asegure una buena penetración del agente en el seno de la piedra y no se modifique la microestrutura de la piedra ni se formen productos secundarios.

Solución adoptada

Se propone con esta patente la descripción de un procedimiento para el tratamiento con plasma a presión atmosférica de la superficie de la piedra natural, con objeto de modificar su energía superficial y mejorar la adhesión a recubrimientos y consolidantes. Como consecuencia de la mejor compatibilidad y adhesión, la durabilidad de los tratamientos consolidantes es incrementada.

Principio físico del plasma

El plasma se basa en un principio físico simple. Mediante la aplicación de calor a un material, se cambia su estado físico, es decir se produce el cambio de fase de sólido a líquido y de líquido a gas. Si a dicho material en fase gaseosa se le aporta más calor, éste se ioniza y se convierte en plasma, que es el cuarto estado de la materia. La energía del plasma, al entrar en contacto con la superficie de cualquier material se libera y se transmite sobre esta superficie, quedando así preparada para posteriores tratamientos. De esta manera se crean superficies con óptimas propiedades para decorar-imprimir, adherir o espumar.

Características y aplicaciones

El tratamiento superficial con plasma es un procedimiento muy eficiente para limpiar, activar o recubrir superficies de diversos materiales tales como plástico, aluminio, vidrio, piedra etc.

Por ejemplo durante el proceso de limpieza de la superficie de plásticos, mediante la aplicación de plasma, se eliminan los agentes de desmoldeo y los aditivos.

Para facilitar la adhesión de pegamentos y revestimientos sobre la superficie de un material, mediante la aplicación superficial de plasma, se modifica su ángulo de contacto, debido a la baja tensión superficial inicial que pueda tener un material.

En resumen el pre tratamiento superficial con plasma mejora las propiedades de la superficie del material.

Mediante esta tecnología se pueden tratar previamente diversos materiales de manera muy eficiente y de acuerdo con propiedades individualmente predeterminadas. Se crean materiales de muy alta calidad que cumplen con los requerimientos específicos en múltiples procesos industriales -desde la tecnología médica, automovilística, construcción etc.

Este tratamiento con plasma se ha aplicado hasta el presente a diversos materiales, pero nunca a la piedra natural que constituye el objeto de esta invención.

Descripción de la invención

En el tratamiento superficial con plasma a presión atmosférica intervienen distintos parámetros experimentales. La variación de los distintos parámetros permite determinar el grado de modificación superficial más adecuado, mejorando la interacción en la interfase mineral-recubrimiento y compatibilizando la naturaleza superficial de los dos materiales y por tanto, mejorando la adhesión piedra natural-recubrimiento.

El procedimiento es el siguiente: En una cámara de tratamiento a presión atmosférica, se selecciona un determinado gas, que puede se aire, argón u oxígeno etc., cuyo flujo pasa por uno o más electrodos de alto voltaje, para aumentar su temperatura hasta provocar el cambio de fase, con el objeto de transformar dicho gas en plasma.

Los electrodos crean iones cargados positivamente en las partículas de aire del medio, que se dirigen a la superficie del sustrato (piedra natural) . Debido a este contacto directo, las partículas cargadas positivamente polarizan la superficie del material, aumentando su energía superficial y haciéndola más receptiva a recubrimientos o adhesivos.

Con el objeto de controlar el grado de modificación superficial en el sustrato, se determina la variación de los parámetros experimentales siguientes que afectan a la efectividad del tratamiento:

(1) Tiempo de tratamiento.

(2) Distancia entre la fuente de plasma y el sustrato de piedra natural. Éste también es un parámetro que afecta a la efectividad del tratamiento, ya que distancias muy grandes dificultan que el plasma llegue de forma homogénea a la superficie de la piedra natural. Puede ser de1a12mm.

(3) Frecuencia de tratamiento con plasma: 19-23 kHz.

(4) Velocidad del tratamiento: Hasta 50 m/min.

1. Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos de construcción caracterizado porque, consta de los siguientes pasos:

a) Se coloca el material a tratar en una cámara a presión atmosférica.

b) Se selecciona un determinado gas, que puede se aire, argón u oxígeno.

c) Se hace pasar el flujo del gas seleccionado, por uno o más electrodos de alto voltaje.

d) Los electrodos crean iones cargados positivamente en las partículas de aire del medio, que se dirigen a la superficie del sustrato (piedra natural) .

e) Polarización de la superficie del sustrato mediante las partículas cargadas positivamente.

2. Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos de construcción, mediante plasma a presión atmosférica según reivindicación primera caracterizado porque, la aplicación de dicho tratamiento se realiza con un intervalo de frecuencia de 19-23 kHz.

3. Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos de construcción, mediante plasma a presión atmosférica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, la aplicación de dicho tratamiento se realiza a una distancia entre la piedra natural y el plasma de1a12mm.

4. Procedimiento de tratamiento superficial de piedra natural, aglomerada y otros materiales inorgánicos de construcción, mediante plasma a presión atmosférica según reivindicaciones anteriores caracterizado porque, para la aplicación de dicho tratamiento se ejerce una velocidad de entre1y50 m/min.