1. Aparato para el tratamiento superficial de madera, fibras de madera y materiales derivados de la madera,

caracterizado por el hecho de que incluye un sistema de electrodos (1) que comprende sistemas de electrodos conductores eléctricos (2) y (3) que se encuentran situados en el interior del cuerpo dieléctrico (4) a una distancia relativa mínima de los electrodos (2) y (3) menor de 2 mm y mayor de 0,05 mm, dispuestos en el mismo lado de la superficie de madera, capa de fibras de madera o materiales derivados de la madera (5), de manera que se genera una capa de plasma eléctrico difuso (6) en la parte de la superficie del cuerpo dieléctrico (4), preferiblemente por encima de la superficie de los electrodos conductores eléctricos (2) y (3), de manera que una parte significativa del flujo de líneas de campo eléctrico, que es mayor de un 50% del flujo de líneas de campo eléctrico total que fluyen entre los electrodos (2) y (3), no cruza la superficie del material tratado (5) que se encuentra en contacto con el plasma (6), siendo la distancia de la parte de la superficie del cuerpo dieléctrico (4), sobre la cual se genera el plasma, desde la superficie tratada (5), inferior a 1 mm, y en el que la capa de plasma (6) no queda en contacto con los electrodos conductores eléctricos (2) y (3).2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la tensión de una frecuencia de 50 Hz a 1 MHz se aplica entre los electrodos (2) y (3) del sistema de electrodos.3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la tensión de una magnitud de 0,5 kV a 100 kV se aplica entre los electrodos (2) y (3) del sistema de electrodos.4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el aparato contiene una estructura de electrodos auxiliar (7) que se encuentra situada en el interior del cuerpo dieléctrico (4), formando parte la estructura del sistema de electrodos (1) y encontrándose a un potencial diferente al de los electrodos (2) y (3).5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la superficie del cuerpo dieléctrico (4), donde se genera la capa de plasma (6), se encuentra situada en un gas de trabajo con una presión del gas de 1 kPa a 500 kPa.6. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el material de madera, capa de fibras de madera u otro material derivado de la madera (5) se mueve respecto a la superficie del cuerpo dieléctrico (4), sobre la cual se genera la capa de plasma (6), a una distancia mínima menor de 1 mm

Aparato para el tratamiento de madera, fibras de madera y materiales derivados de la madera.

Campo de la técnica

La invención se refiere a un aparato para el tratamiento de superficies de madera, fibras de madera y materiales derivados de la madera utilizando plasma de descarga eléctrico de barrera superficial a presiones cercanas a la presión atmosférica y un posterior acabado superficial de los materiales así tratados.

Antecedentes de la invención

Los materiales de madera tales como tableros, chapas y fibras de madera muy a menudo carecen de las propiedades superficiales necesarias para aplicaciones exigentes. Para mejorar los materiales de madera económicos y fácilmente accesibles para productos finales comúnmente se utiliza, por ejemplo, activadores de adhesión que contienen compuestos orgánicos volátiles, surfactivos, y otros productos químicos diversos. Sin embargo, el uso de productos químicos a menudo va asociado a problemas relativos a la salud y el medio ambiente. Esto dio lugar a una necesidad continua de desarrollar métodos no tradicionales de tratamiento superficial de la madera más cuidadosos con el medio ambiente, más efectivos y menos costosos.

De manera similar al caso de los materiales de madera, a menudo es necesario mejorar las propiedades superficiales de los materiales derivados de la madera, tales como tablas de madera y tableros de aglomerado, contrachapado, chapa, y capas de fibras de madera con superficies tratadas y no tratadas así como laminados.

En lo sucesivo, salvo que se especifique lo contrario, el término "materiales derivados de la madera" se entenderá que significa tablas de madera y tableros de aglomerado, contrachapado, chapa, y capas de fibras de madera con superficies tratadas y no tratadas así como laminados.

La aplicación de plasma frío es una técnica bien probada y ampliamente utilizada para el grabado y el tratamiento superficial en la industria de la ingeniería eléctrica. El plasma frío se utiliza cada vez más en tratamientos de superficies de polímero también en aviones, automóviles, la salud, envasado y la industria textil. Son conocidos también diversos tratamientos superficiales de materiales derivados de la madera mediante la acción de plasma eléctrico frío. Al generarse el plasma frío, un fuerte campo eléctrico provoca la ionización de moléculas de gas formando electrones e iones positivos. Los electrones adquieren una elevada energía en el fuerte campo eléctrico, que corresponde a una temperatura del orden de hasta 10⁴ K y, en sus colisiones con moléculas de gas se forman especies químicamente activas y moléculas excitadas. Durante la generación de plasma frío, la temperatura del gas de trabajo no aumenta de manera significativa, es decir, las moléculas de gas no se encuentran en equilibrio térmico con los electrones y por lo tanto no se produce un daño térmico de los materiales derivados de la madera bajo tratamiento.

Un inconveniente de los dispositivos comúnmente disponibles para el tratamiento superficial de materiales poliméricos con plasma es que sólo funcionan a baja presión, lo que aumenta el precio de los equipos y los costes, ya que es necesario utilizar costosos equipos de vacío manejados por personal cualificado. A bajas presiones del gas de trabajo también resulta prácticamente imposible procesar los materiales de manera continua, lo cual es particularmente importante y crítico cuando se aplica plasma a baja presión a los materiales derivados de la madera, tal como se describe, por ejemplo, en las patentes japonesas JP11042611, JP10305410, JP6106508, JP6099409, JP5069417, en la patente rusaRU2185283, y en F. Denes, L. Nielsen y X. Tu: "Improvement of Biobased Fiber-Plastic Composite Properties Through Cold Plasma Treatments", 1996. Wood-Fiber Plástic Composite, Proceedings No. 7293, Forest Products Research Soc., Madison, Wl, págs. 227-234, H. Sabharwal, F. Denes y L. Nielsen: "Free Radical Formation in Lignocellulosics from Argon Plasma Treatment" J. Agrie. Food Chem. 41 (1993) 2202, y en W.L.E Magalhaes y M. F. de Souza: "Solid softwood coated with plasma-polymer for water repellence", Surface and Coat. Technology 155 (2002) 11-15, y en A. R. Denes, R. A. Young: "Reduction of weathering degradation of wood through plasma-polymer coating", Holzforschung 53 (1999) 632-640.

La tendencia actual en aplicaciones industriales de plasma a baja temperatura es sustituir el tratamiento de plasma en sistemas de vacío por tratamiento de plasma a presión atmosférica. Tal como se describe en la patente alemana DE 199 578 775 y en Podgorski L., Chevet, B., Onic L., Merlin A.: "Modification of wood wettability by plasma and corona treatments", Inter. Journal of Adhesión and Adhesives (2000) 103-11, P. Rehn, W. Viol: "Dielectric barrier discharge treatments at atmospheric pressure for wood surface modification", Holz ais roh-und werkstoff 61 (2003) 145-150, así como en M. Bente, G. Avramidis, S. Foerster, E. G. Rohwer y W. Viöl: "Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure forcreating water repellent characteristics", Holz Roh Werkst 62 (2004) 157-163, se realizaron tratamientos superficiales de madera de prueba utilizando tecnologías de plasma diseñadas originalmente para el tratamiento de láminas de polímero y materiales similares a presión atmosférica en base a la descarga de barrera de volumen estándar o recursos de plasma de tipo "corona industrial", en los que el material tratado se inserta entre los electrodos del dispositivo, o se utiliza directamente como uno de los electrodos, con líneas de corriente eléctrica de desplazamiento que fluyen entre los electrodos cruzando ambas superficies del material bajo tratamiento. Importantes inconvenientes de la tecnología basada en la descarga de barrera o "corona industrial" incluyen un gran consumo de energía, un tratamiento superficial no homogéneo, problemas con el tratamiento de materiales secos y gruesos con gran resistencia eléctrica, riesgo de seguridad asociado al uso de material de madera como electrodo de descarga, así como peligro de descarga de chispa en un entorno común de polvo y humedad en la industria de transformación de la madera. Los electrodos de estos dispositivos tampoco son seguros en un contacto accidental con la superficie del cuerpo humano.

En P. Rehn, A. Wolkenhauer, M. Bente, S. Förster, W. Viöl: "Wood surface modification in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure" Surface and Coating Technology, 174-175 (2003) 515-518 se describe un método y un aparato para el tratamiento superficial de la madera utilizando una descarga de barrera perfeccionada, donde se mejora la homogeneidad del plasma y por lo tanto también el tratamiento mediante un flujo rápido del gas de trabajo. Sin embargo, con este método también la descarga de barrera eléctrica quema contra la superficie de la madera tratada, y por lo tanto las líneas de corriente eléctrica de desplazamiento cruzan ambas caras del material tratado, lo que provoca problemas con el tratamiento de materiales secos y gruesos con una gran resistencia eléctrica. Otro inconveniente de este método es la necesidad de un fuerte flujo de gas de trabajo, lo que se traduce en un gran consumo y provoca una importante contaminación atmosférica. Otro inconveniente es un consumo significativo de energía de 0,1 kWh por m² de superficie de madera activada. Los electrodos del dispositivo tampoco son seguros para un contacto accidental con la superficie del cuerpo humano.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve los inconvenientes citados anteriormente, donde la superficie del material derivado de la madera se expone a una fina capa de plasma de desequilibrio, preferiblemente de un espesor de 0,05 mm a 1 mm. La capa de plasma se genera en una parte de la superficie de un cuerpo dieléctrico, estando realizado el cuerpo ventajosamente de cerámica o vidrio, preferiblemente en la superficie del cuerpo dieléctrico sobre las superficies de unos electrodos conductores situados en el interior del cuerpo dieléctrico. La superficie expuesta al plasma se encuentra cerca de la superficie del cuerpo dieléctrico en el cual se genera la capa de plasma, preferiblemente a menos de 1 mm y a más de 0,05 mm de la superficie del cuerpo dieléctrico en el cual se genera la capa de plasma.

El plasma se genera en cualquier gas de trabajo, preferiblemente en un gas de trabajo que no contenga helio y contenga moléculas de N₂, O₂, H₂O, CO₂ o vapores...

1. Aparato para el tratamiento superficial de madera, fibras de madera y materiales derivados de la madera, caracterizado por el hecho de que incluye un sistema de electrodos (1) que comprende sistemas de electrodos conductores eléctricos (2) y (3) que se encuentran situados en el interior del cuerpo dieléctrico (4) a una distancia relativa mínima de los electrodos (2) y (3) menor de 2 mm y mayor de 0,05 mm, dispuestos en el mismo lado de la superficie de madera, capa de fibras de madera o materiales derivados de la madera (5), de manera que se genera una capa de plasma eléctrico difuso (6) en la parte de la superficie del cuerpo dieléctrico (4), preferiblemente por encima de la superficie de los electrodos conductores eléctricos (2) y (3), de manera que una parte significativa del flujo de líneas de campo eléctrico, que es mayor de un 50% del flujo de líneas de campo eléctrico total que fluyen entre los electrodos (2) y (3), no cruza la superficie del material tratado (5) que se encuentra en contacto con el plasma (6), siendo la distancia de la parte de la superficie del cuerpo dieléctrico (4), sobre la cual se genera el plasma, desde la superficie tratada (5), inferior a 1 mm, y en el que la capa de plasma (6) no queda en contacto con los electrodos conductores eléctricos (2) y (3).

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la tensión de una frecuencia de 50 Hz a 1 MHz se aplica entre los electrodos (2) y (3) del sistema de electrodos.

3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la tensión de una magnitud de 0,5 kV a 100 kV se aplica entre los electrodos (2) y (3) del sistema de electrodos.

4. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el aparato contiene una estructura de electrodos auxiliar (7) que se encuentra situada en el interior del cuerpo dieléctrico (4), formando parte la estructura del sistema de electrodos (1) y encontrándose a un potencial diferente al de los electrodos (2) y (3).

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la superficie del cuerpo dieléctrico (4), donde se generala la capa de plasma (6), se encuentra situada en un gas de trabajo con una presión del gas de 1 kPa a 500 kPa.

6. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el material de madera, capa de fibras de madera u otro material derivado de la madera (5) se mueve respecto a la superficie del cuerpo dieléctrico (4), sobre la cual se genera la capa de plasma (6), a una distancia mínima menor de 1 mm.