MODIFICACION SUPERFICIAL DE POLIMEROS MEDIANTE PLASMA ATMOSFERICO

Abstract

El empleo tanto de materiales poliméricos como de uniones adhesivas en la industria está ampliamente extendido debido a sus ventajosas propiedades, especialmente tras el auge de la impresión 3D. No obstante, la reducida energía superficial de estos materiales dificulta su adhesión.

Tradicionalmente, esto se ha solventado mediante la aplicación, previa a su adhesión, de diferentes tratamientos superficiales. Recientemente, la tecnología de plasma ha surgido como una alternativa más sostenible, al evitar el uso de productos químicos. Aunque el plasma térmico es el más empleado en la industria, el plasma frío, con temperaturas entre 303 y 323 K, resulta una prometedora alternativa, pues permite su aplicación segura y reduce notablemente la degradación térmica de las propiedades volumétricas de los materiales tratados.

En el presente proyecto se han llevado a cabo una serie de ensayos de caracterización mecánica, morfológica y físicoquímica con el objetivo principal de analizar la eficacia del plasma frío. Se han empleado, para ello, los dispositivos de generación de plasma frío atmosférico PiezoBrush PZ3 y PlasmAction Med y probetas de policarbonato, polietileno y polipropileno.

Los resultados muestran cómo el tratamiento con plasma produce un incremento significativo de la resistencia a cizalla por tracción de las uniones adhesivas, así como del valor de energía superficial de los polímeros, es decir, de su humectabilidad. Esto se debe a la generación de grupos funcionales polares en la superficie de los sustratos como resultado de ciertas reacciones de oxidación. Se observan, además de dichas alteraciones físicoquímicas, modificaciones en la topografía superficial de los polímeros.

En conclusión, el plasma frío resulta una alternativa eficaz a los plasmas térmicos. Entre las combinaciones estudiadas, el empleo del dispositivo PlasmAction Med y de un adhesivo acrílico bicomponente, ofrece los mejores resultados en la mejora de la capacidad adhesiva de los tres polímeros.

The use of both polymeric materials and adhesive joints in industry is widespread due to their advantageous properties, especially after the development of 3D printing. However, the low surface energy of these materials hinders their adhesion.

Traditionally, this has been solved by applying different surface treatments, prior to bonding. Recently, plasma technology has emerged as a more sustainable alternative, avoiding the use of chemical substances. Even though thermal plasma is the most commonly used in industry, cold plasma, with temperatures between 303 and 323 K, is a promising alternative, as it enables safe application and significantly reduces the thermal degradation of the bulk properties of the treated materials.

In the present project, a series of mechanical, morphological and physicochemical characterization tests have been carried out with the main objective of analyzing the effectiveness of cold plasma. For this purpose, PiezoBrush PZ3 and PlasmAction Med atmospheric cold plasma generation devices have been used, as well as polycarbonate, polyethylene and polypropylene specimens.

The results show that plasma treatment significantly increases the tensile strength of the adhesive joints, as well as their surface energy value and, therefore, their wettability. This is due to the generation of polar functional groups on the surface of the substrates, as a result of certain oxidation reactions. In addition to these physicochemical alterations, modifications in the surface topography of the polymers can be observed.

In conclusion, cold plasma has proven to be an effective alternative to thermal plasmas. Among the combinations studied, the use of the PlasmAction Med device and a two-component acrylic adhesive offers the best results in improving the adhesive capability of the three polymers.