MÉTODO PARA PROCESAR MATERIALES CON PLASMA.

Método para el procesamiento de materiales que comprende una etapa de tratamiento múltiple de la superficie de dichos materiales con plasma frío que se lleva a cabo con SF6 o sus mezclas con gases nobles,

caracterizado por el hecho de que, después de cada etapa de tratamiento, el material se sumerge en gases distintos de SF6 que contienen aire u oxígeno

Método para procesar materiales con plasma.

Esta invención se refiere a un método para procesar diversos tipos de materiales tales como materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, hilos, papel y película de cualquier tipo y materiales similares.

En particular, esta invención se refiere a un método para procesar dichos materiales que comprende una etapa de procesamiento con plasma.

Dicho método permite la modificación de las propiedades físicas y químicas de los materiales anteriormente descritos.

En lo que se refiere en general a materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos e hilos, en la actualidad su aplicabilidad práctica y su valor comercial dependen de su aspecto, tacto, y de las características físicas y mecánicas que hacen que dichos materiales sean adecuados para el uso al que están destinados.

Los métodos que se usan habitualmente para obtener estas características para materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos e hilos comprenden diversas etapas y, en particular, tinción, impresión y acabado.

En particular la etapa de tinción y la etapa de impresión para materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos e hilos comprenden una serie de tratamientos que tienen como objetivo dar al material un color determinado.

La etapa de acabado permite dar a los materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos e hilos, características de suavidad, tacto, repulsión de agua y repulsión de aceite, y obtener cierta coloración especial o efectos lustrosos, por medio del uso de productos químicos o tratamientos físico-mecánicos.

Hablando en sentido amplio, la etapa de acabado comprende tratamientos químicos tales como la aplicación de apresto y pigmento, dopado, y procesos mecánicos, entre otros, que tienen como objetivo mejorar el aspecto. Hablando en sentido estricto, consiste en aplicar capas de revestimiento, protección y productos superficiales. En lo que se refiere al papel, el tratamiento se puede producir antes o después del revestimiento de la hoja o sobre la fibra antes de la producción de la hoja.

Las etapas de tratamiento anteriormente descritas implican el uso de grandes cantidades de agua, y sobre todo, de agentes químicos de diversa naturaleza.

Además de consumir recursos naturales, este método también tiene impacto en el medio ambiente puesto que se descargan agentes químicos en el agua residual o se liberan a la atmósfera.

En general, se conoce el uso de plasma para el tratamiento de diferentes tipos de materiales que tiene por objeto obtener características estructurales y funcionales especiales.

Con relación a este aspecto, se han efectuado numerosos experimentos para evaluar la posibilidad de usar plasma para tratar materiales como una alternativa a algunos de los tratamientos anteriormente descritos.

En realidad, el tratamiento con plasma permitirla eliminar o al menos reducir el uso de grandes cantidades de agua así como contaminación y productos tóxicos que son peligrosos para el hombre.

En particular, se ha demostrado que se pueden usar fluorcarburos y compuestos de silicio, silano y siloxano en forma de plasma, cuando se polimerizan para formar una película sobre la superficie de dichos materiales transmitiendo con ello propiedades de impermeabilización. Estas películas de polímero son absorbidas por la superficie de dichos materiales, pero no están enlazadas químicamente.

Como resultado, tratamientos tales como lavado con agua y disolvente o acción mecánica pueden causar la separación de estas películas de la superficie del material, que pierde su resistencia al agua.

Por esta razón ha habido una fuerte necesidad de un método para el tratamiento de materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, hilos, papel, películas en general, y productos similares que permita evitar, o al menos reducir el uso de sustancias químicas durante las etapas de procesamiento.

Los documentos DE-A-4100787, GB-A-2254854, US-A-3674667, US-A-4404256, JP(A) 62235339 (resumen) y DE-A-19702124 describen métodos para el procesamiento de materiales en los que se trata la superficie de dichos materiales con plasma frío y en los que esta etapa de tratamiento se lleva a cabo con SF₆.

Por lo tanto, el problema básico que subyace a propósito de esta invención es crear un método para transmitir diferentes propiedades funcionales a las superficies de materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, hilos, papel y película en general, y productos similares, evitando el gran número de problemas que surgen cuando se usan métodos tradicionales de procesamiento.

Este problema se resuelve mediante un método para tratar con plasma materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, hilo, papel y película y materiales similares, según la reivindicación principal que se expone en este documento. Características adicionales y las ventajas proporcionadas por este método se perfilarán en la descripción siguiente.

Después de un gran número de experimentos se ha encontrado sorprendentemente que dichos materiales pueden adquirir ventajosamente propiedades repelentes de agua y de aceite, cuando soportan etapas de método estándar después de tratamiento con plasma que se genera con gas que comprende SF₆ en las condiciones que se exponen en la reivindicación 1.

La fase de tratamiento con plasma de materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, hilo, papel y película en general y materiales similares se lleva a cabo con gas de SF₆ o sus mezclas con gases nobles.

El plasma que se usa para procesar materiales según esta invención es plasma frío; en otras palabras, la temperatura de la masa total de gas en el estado de plasma es aproximadamente igual a la temperatura ambiente.

Además, dicho plasma se produce al vacío, esto es, en cámaras especiales que contienen gas a presión inferior a la presión atmosférica, preferiblemente en el intervalo de 0,01 a 2 kPa.

Se puede generar plasma mediante diferentes fuentes electromagnéticas, es decir, fuentes con diferente frecuencia y geometría.

De hecho, los procesos físicos y químicos que ocurren sobre las superficies del material que se ha de tratar dependen principalmente de los parámetros del plasma, la presión del gas que se usa para generar plasma, y el potencial eléctrico de la muestra en comparación con el potencial del plasma; esto es, campos eléctricos cerca de la muestra. Los campos eléctricos producen corrientes con cargas eléctricas positivas o negativas que interaccionan con el substrato, bombardeándolo, o simplemente cargándolo eléctricamente. Estos campos se pueden controlar polarizando el soporte de muestra (o la propia muestra) o colocando la muestra en la cubierta iónica generada cerca de la antena con un potencial eléctrico negativo de muchos cientos de voltios (entre 0 y 800 V) en un área de sólo unos pocos milímetros (entre 1 y 10 mm).

En contraposición, estos procesos no dependen estrictamente del tipo de fuente. Sin embargo, a valores de presión comprendidos en el intervalo entre 0,01 y 0,1 kPa es preferible usar fuentes electromagnéticas de baja frecuencia y radiofrecuencia, mientras que a valores de presión entre 1 y 2 kPa se puede generar plasma más fácilmente con una fuente de microondas.

Los parámetros del plasma se determinan mediante los denominados parámetros de descarga, es decir, parámetros de la fuente tales como, por ejemplo, la potencia eléctrica que puede oscilar de 50 a 200 W, la geometría de la fuente que produce el plasma (fuente capacitiva, inductiva), la frecuencia de la radiación electromagnética que se usa para producir el plasma, y el vacío residual dentro de la cámara en la que se lleva a cabo el proceso. Por su parte, el vacío también depende del nivel de humedad residual y de la desgasificación de los materiales que se han de procesar, o en otras palabras, del flujo de las sustancias volátiles que abandonan la superficie de los materiales, y la desgasificación de las estructuras internas del reactor.

El plasma frío así generado se caracteriza por parámetros tales como la densidad de electrones que está comprendida en el intervalo entre 10⁸ y 10¹¹ cm^-3 y temperaturas electrónicas entre 1 y 15 eV, es decir la...

1. Método para el procesamiento de materiales que comprende una etapa de tratamiento múltiple de la superficie de dichos materiales con plasma frío que se lleva a cabo con SF₆ o sus mezclas con gases nobles, caracterizado por el hecho de que, después de cada etapa de tratamiento, el material se sumerge en gases distintos de SF₆ que contienen aire u oxígeno.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los materiales comprenden materiales textiles tejidos, materiales textiles no tejidos, papel, hilos, películas de cualquier tipo, y materiales similares.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende las siguientes etapas subsiguientes:

- colocación del material que se ha de tratar en la cámara de tratamiento;

- llenado de dicha cámara de tratamiento con SF₆ o sus mezclas;

- generación de plasma al vacío;

- tratamiento de dichos materiales con dicho plasma durante un periodo de tiempo que no excede de 15 minutos.

4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, que comprende además una etapa de desgasificación de la superficie de dichos materiales antes o durante dicho tratamiento con plasma.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha etapa de desgasificación se lleva a cabo hasta que la presión residual del gas que abandona la superficie de dicho material es inferior a 10^-3 kPa de N₂ equivalente.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha presión residual para viscosa está entre 5 x 10^-6 y 5 x 10^-5 kPa de N₂ equivalente, para algodón está entre 5 x 10^-5 y 5 x 10^-4 kPa de N₂ equivalente, y para película, PET y materiales textiles técnicos está entre 10^-3 y 10^-2 kPa de N₂ equivalente.

7. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6, en el que se produce plasma a una presión que oscila de 0,01 kPa de N₂ equivalente a 2 kPa de N₂ equivalente a una temperatura electrónica que oscila de 1 eV a 15 eV durante menos de 15 minutos.

8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, en el que el plasma se produce a una presión entre 0,02 kPa de N₂ equivalente y 0,2 kPa de N₂ equivalente, la temperatura electrónica está entre 1 eV y 10 eV durante menos de 10 minutos.

9. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el plasma se produce con SF₆ solo, la presión está entre 0,02 kPa de N₂ equivalente y 0,06 kPa de N₂ equivalente, la temperatura electrónica está entre 4 y 7 eV durante un período de tiempo entre 3 y 8 minutos.

10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 9, en el que se usa plasma con metodología discontinua o continua.

11. Método para el procesamiento de materiales de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 10, en el que el tratamiento con plasma comprende las siguientes etapas bien individualmente o bien en absolutamente cualquier combinación:

a) retirada de las capas superiores de la superficie del material (DECAPADO);

b) inserción de átomos o grupos químicos en la superficie de dicho material (INJERTO) en la que el flujo continuo de componentes reactivos producidos en el plasma favorece su absorción en el material que se ha de tratar, para crear más fácil inserción de grupos funcionales sobre la superficie del mismo;

c) deposición de película delgada de metal o polímero sobre la superficie de dicho material;

d) activación de la superficie de dicho material mediante la rotura de enlaces químicos y la generación de radicales libres sobre la superficie;

e) formación espontánea de nuevos enlaces sobre la superficie de dicho material sin adición de componentes reactivos al plasma.

12. Proceso para volver impermeable la superficie de materiales por medio del método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 11.

13. Proceso según se describe en la reivindicación 12, que comprende las siguientes etapas:

- colocación del material textil tejido, hilo, o material textil no tejido, sobre un soporte móvil en una cámara de tratamiento que se lleva a una presión inferior a la que se usa para tratamiento con plasma;

- llenado de la cámara de procesamiento con SF₆ y generación de plasma por medio de energía de radiofrecuencia o baja frecuencia con presión entre 0,02 y 1 kPa y temperatura electrónica entre 1 y 10 eV;

- aplicación de plasma sobre la superficie durante menos de 10 minutos.

14. Proceso según se describe en la reivindicación 12, que comprende las siguientes etapas:

- colocación del material textil tejido, hilo, o material textil no tejido, o papel en una cámara de tratamiento de un sistema rollo a rollo, llevándose dicha cámara a una presión inferior a la del tratamiento con plasma;

- llenado de la cámara de tratamiento con SF₆ y generación de plasma por medio de energía de radiofrecuencia o baja frecuencia con presión entre 0,01 y 1 kPa y temperatura electrónica entre 1 y 10 eV;

- aplicación de plasma sobre la superficie durante menos de 10 minutos.

15. Proceso según se describe en la reivindicación 12, que comprende las siguientes etapas:

- colocación del material textil tejido, hilo, material textil no tejido, o papel en una cámara de tratamiento de un sistema continuo aire-vacío-aire, llevándose dicha cámara a una presión inferior a la del plasma;

- llenado de la cámara de tratamiento con SF₆ y generación de plasma por medio de energía de radiofrecuencia o baja frecuencia con presión entre 0,02 y 0,1 kPa y temperatura electrónica entre 5 y 10 eV;

- aplicación de plasma sobre la superficie durante menos de 10 minutos.

16. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 13 ó 14, en el que, cuando el material que se ha de procesar es PET, la presión del plasma está entre 0,02 y 0,04 kPa y la temperatura electrónica es aproximadamente 5 eV y el tiempo de tratamiento es 1 minuto.

17. Proceso para crear patrones, puntos, escritos y marcas similares sobre la superficie del material haciendo repelentes al agua zonas seleccionadas de la superficie del material por medio del método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Proceso para hacer repelente al aceite la superficie de materiales por medio de tratamiento repetido de acuerdo con el método según se describe en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.