Recubrimiento con plasma

Hidrófobo, hidrófilo, protección contra rayaduras...

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El plasma permite dotar de diversos recubrimientos a las piezas de trabajo. Para ello, se introducen materiales de partida en estado gaseoso y líquido. En el plasma, se combinan los materiales de partida, por lo general monómeros de cadena corta, para formar polímeros de cadena larga. La elección de los materiales de partida determina las propiedades de recubrimiento

Hidrofobia (repelencia al agua) | Hidrofilia (atracción del agua/humectación) | Protección contra rayaduras, protección contra la corrosión | Capas de carbono | Barrera de difusión | Similitud con PTFE | Recubrimientos deslizantes/antiadherentes | Agentes adhesivos/iniciadores | Barrera de agua/de vapor de agua | Metalización | Nanopartículas de plata 

Ventajas del recubrimiento con plasma

✓ Posibilidad de lograr capas extremadamente finas, de tan solo algunos nanómetros
✓ Procesos constantes y aptos para producción en cadena gracias a una automatización integral
✓ Numerosas variantes posibles
✓ Sin aumento de la temperatura
✓ Sin disolventes
✓ Magnífica capacidad de penetración en intersticios
✓ Adecuado para productos en piezas a granel

Recubrimiento mediante polimerización por plasma

Para el recubrimiento con plasma de baja presión, se introducen monómeros (gaseosos o líquidos), que después se polimerizan por efecto del plasma. Los espesores de capa logrados mediante polimerización por plasma se sitúan en un rango de un micrómetro. La adhesión de las capas a la superficie es excelente.

Para el recubrimiento mediante el procedimiento Plasma Jet (plasma atmosférico), se conducen los mónomeros gaseosos directamente al haz de plasma con un gas portador. De este modo, se centra el monómero en la superficie y se polimeriza con el plasma. El espesor de capa es de varios centenares de nanómetros.

Esta tecnología de procesos es considerablemente más costosa que la de la activación y el desengrasado.

Por ejemplo, pueden fabricarse capas de barrera en depósitos de combustiblecapas resistentes a rayaduras en faros de automóvil y en CD, capassimilares a PTFE, capas hidrófobas, etc.

A gran escala, se han establecido tres procedimientos de recubrimiento

Capas hidrófobas ► Monómeros: p. ej., hexametildisiloxano (HMDSO)

Capas similares a PTFE ► Monómeros: gases de proceso fluorados; ver también Epilamización

Capas hidrófilas ► Monómeros: acetato de vinilo, hexametildisiloxano mezclado con oxígeno de forma definida (básicamente, más HMDSO que O2)

Preguntas frecuentes

¿Qué efectos permite el recubrimiento de metales mediante polimerización por plasma?

El recubrimiento de metales mediante polimerización por plasma permite diferentes efectos, p. ej.: activación de entre una y varias semanas de duración y aplicación de capas funcionales además de capas decorativas.

En general, resulta especialmente apropiado para los metales el uso de un sistema de sputtering

Para obtener una capa permanentemente hidrófila con HMDSO, los gases se mezclan del siguiente modo: HMDSO: O2 = 1:4

Para obtener una capa hidrófoba con HMDSO, los gases se mezclan a la inversa, es decir: HMDSO: O2 = 4:1

¿Es posible recubrir plásticos mediante polimerización por plasma?

Los plásticos pueden recubrirse mediante polimerización por plasma sin apenas complicaciones.

De este modo, es posible recubrir, p. ej., CD y DVD para que sean resistentes a rayaduras sin que su calidad se resienta.

Pueden aplicarse capas similares al PTFE para aumentar la capacidad de deslizamiento de los materiales para tratar. Asimismo, pueden añadirse de forma selectiva grupos funcionales a la superficie del plástico (p. ej., grupos aminos para aplicaciones de bioanálisis).

La polimerización también puede realizarse en varias etapas:

Ejemplo: 

  1. Activación ► 5 minutos con O2
  2. Recubrimiento ► 5 minutos con HMDSO
  3. "Grabado" ► 12 segundos con O2
  4. Recubrimiento ► 5 minutos con HMDSO
  5. "Grabado" ► 12 segundos con O2
  6. Recubrimiento ► 5 minutos con HMDSO

Después, puede optarse por el endurecimiento de la capa aplicando plasma de oxígeno durante varios segundos. Eso sí: en esta etapa, la capa se vuelve hidrófila.

¿Pueden recubrirse vidrios y cerámicas mediante polimerización con plasma?

La única dificultad para recubrir vidrios y cerámicas estriba en preparar la superficiede forma adecuada (ver capítulos sobre activación y grabado). En cuanto se superan estas dificultades, ya no existe ningún obstáculo para la diversidad de aplicaciones de los recubrimientos. La adherencia del recubrimiento debe comprobarse en cada caso particular. En caso de "incompatibilidad" entre una capa y el material del sustrato, puede resultar necesario aplicar capas intermedias como agente adhesivo. En la imagen, se muestra un ejemplo de recubrimiento hidrófobo y oleófobo correcto.

¿Es posible recubrir textiles mediante polimerización por plasma?

Los textiles pueden recubrirse muy bien con plasma. Actualmente, la dificultad radica en conseguir proporcionar a las capas una resistencia duradera a los tensoactivos. Las capas hidrófobas se logran con gases/monómeros fluorados.

¿Qué capas pueden crearse con plasma atmosférico y qué monómeros se emplean a tal efecto? (Plasma de presión atmosférica)

El plasma atmosférico es adecuado principalmente para crear capas hidrófilasadherentes e inhibidoras de la corrosión.

Como mónomeros, se emplean sustancias con silicio y carbono. Algunas de ellas son, p. ej., diferentes acrilatos y monómeros con silicio habituales, como el HMDSO.

¿Qué monómeros no deben utilizarse? (Plasma de presión atmosférica)

Con el plasma atmosférico, debido a su efecto altamente tóxico, no deben utilizarse gases ni monómeros que contengan halógenos (F2, CL2, Br2, I).

¿Qué gases portadores se usan en el recubrimiento con plasma atmosférico? (Plasma de presión atmosférica)

Típicamente, se usan los siguientes gases:

  • Helio (He)
  • Argón (Ar)
  • Nitrógeno (N2)

¿Qué espesores de capa pueden alcanzarse? ¿Cómo pueden medirse? (Plasma de presión atmosférica)

El espesor de capa es de varios centenares de nanómetros. Para medir capas tan finas, puede utilizarse como método fiable el denominado perfilómetro (p. ej., Dektak).

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