ES2680653T3 - Method and apparatus for surface treatment of materials using various combined energy sources - Google Patents
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Abstract
Un método para el tratamiento de un sustrato (102,402,404) que consiste en: Se crea un alto voltaje (HV) de corriente alterna (AC) y de presión atmosférica (AP) para el tratamiento del plasma en el área (124) que comprende dos electrodos separados entre sí (e1/e2;212/214;412/414) en donde los electrodos están provistos del primer y segundo rodillo (212/214;412/414) situados entre sí en paralelo, con un hueco entre ellos, el hueco corresponde al grosor del sustrato, que permite al sustrato alimentarse de los rodillos, caracterizado en que el método que consiste en: Se dirige al menos un rayo láser (132) dentro del área en tratamiento, aproximadamente en paralelo entre los electrodos y ligeramente sobre la parte superior de la superficie (102a) del sustrato, que interactúa con el plasma, creando un plasma híbrido; en donde al menos un rayo láser se dirige a un ángulo (α), de menos de 1-10 grados donde la parte superior del sustrato está siendo tratada para ser directamente irradiado y coincidentemente reacciona con el plasma siendo generada por los dos electrodos; y creando un plasma híbrido que interactúa con el sustrato en el área tratada (124).A method for the treatment of a substrate (102,402,404) consisting of: A high voltage (HV) of alternating current (AC) and atmospheric pressure (AP) is created for the treatment of the plasma in the area (124) that comprises two electrodes separated from each other (e1/e2;212/214;412/414) where the electrodes are provided with the first and second rollers (212/214;412/414) located parallel to each other, with a gap between them, the gap corresponds to the thickness of the substrate, which allows the substrate to be fed from the rollers, characterized in that the method consisting of: At least one laser beam (132) is directed into the treatment area, approximately parallel between the electrodes and slightly above the top of the substrate surface (102a), which interacts with the plasma, creating a hybrid plasma; wherein at least one laser beam is directed at an angle (α) of less than 1-10 degrees where the top of the substrate is being treated to be directly irradiated and coincidentally reacts with the plasma being generated by the two electrodes; and creating a hybrid plasma that interacts with the substrate in the treated area (124).
Description
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Método y aparato para el tratamiento superficial de materiales usando varias fuentes de energía combinadasMethod and apparatus for surface treatment of materials using various combined energy sources
AMBITO TÉCNICOTECHNICAL SCOPE
La invención hace referencia al tratamiento superficial de materiales y varios sustratos, concretamente, y, por ejemplo, textiles y, concretamente, al tratamiento de materiales con una combinación de varias fuentes de energía diversas, entre las cuales, una es normalmente plasma atmosférico.The invention refers to the surface treatment of materials and various substrates, specifically, and, for example, textiles and, specifically, to the treatment of materials with a combination of several different energy sources, among which one is normally atmospheric plasma.
ANTECEDENTESBACKGROUND
El desarrollo de «textiles inteligentes» es, desde hace tiempo, un área de estudio para mejorar diversas propiedades, como la resistencia a las manchas, la impermeabilidad, la fijación del color y otras características que pueden lograrse mediante un tratamiento avanzado con tecnologías de plasma, fuentes de energía de microondas y, en algunos casos, tratamientos químicos.The development of "smart textiles" has long been an area of study to improve various properties, such as stain resistance, impermeability, color fixation and other characteristics that can be achieved through advanced treatment with plasma technologies , microwave energy sources and, in some cases, chemical treatments.
El tratamiento con plasma atmosférico (APT, por sus siglas en inglés) mejora las propiedades de la superficie de las fibras, como la hidrofilicidad, sin afectar a las propiedades internas de estas, y puede ser empleado por los fabricantes y transformadores de textiles para mejorar las propiedades superficiales de las fibras naturales y sintéticas a fin de aumentar la adhesión, la humectabilidad, la capacidad de estampación y la tintabilidad y para reducir el encogimiento del material.Atmospheric plasma treatment (APT) improves fiber surface properties, such as hydrophilicity, without affecting their internal properties, and can be used by textile manufacturers and processors to improve the surface properties of natural and synthetic fibers in order to increase adhesion, wettability, stamping capacity and tinting and to reduce shrinkage of the material.
Se conoce como plasma a presión atmosférica (también como plasma AP [por sus siglas en inglés] o plasma a presión normal) el caso especial del plasma en el que la presión se corresponde aproximadamente con la presión atmosférica circundante. Los plasmas AP presentan una gran importancia técnica, ya que, al contrario que los plasmas a baja presión o los plasmas a alta presión, no resulta necesario el uso de ningún costoso recipiente de reacción que garantice el mantenimiento de un nivel de presión distinto de la presión atmosférica. Además, en muchos casos, estos plasmas AP pueden incorporarse fácilmente a la línea de producción. Resultan posibles diversas formas de excitación del plasma, incluidas la excitación por CA (corriente alterna), la excitación por CC (corriente continua) a baja frecuencia, la excitación con ondas de radio y la excitación con microondas. Sin embargo, solo los plasmas AP excitados por CA han alcanzado una relevancia industrial reseñable.Atmospheric pressure plasma (also known as AP plasma or normal pressure plasma) is the special case of plasma in which the pressure approximately corresponds to the surrounding atmospheric pressure. AP plasmas are of great technical importance, since, unlike low-pressure plasmas or high-pressure plasmas, it is not necessary to use any expensive reaction vessel that guarantees the maintenance of a pressure level other than atmospheric pressure. In addition, in many cases, these AP plasmas can easily be incorporated into the production line. Various forms of plasma excitation are possible, including AC excitation (alternating current), DC excitation (direct current) at low frequency, radio wave excitation and microwave excitation. However, only AP plasmas excited by CA have reached a remarkable industrial relevance.
En general, los plasmas AP se generan mediante excitación por CA (descarga de corona) y chorros de plasma. En el chorro de plasma se genera un arco eléctrico pulsado por medio de una descarga de alta tensión (5-15 kV, 10-100 kHz). Un gas de proceso, como, por ejemplo, aire comprimido sin aceite, fluye a través de esta sección de descarga, excitándose y convirtiéndose en plasma. A continuación, este plasma atraviesa un cabezal inyector hasta alcanzar la superficie del material que vaya a tratarse. El cabezal inyector presenta un potencial de tierra y, de este modo, retiene en gran medida las partículas del flujo de plasma con potencial. Además, el cabezal inyector determina la forma geométrica del chorro emergente. Pueden emplearse varios cabezales inyectores para la correspondiente zona del sustrato que se esté tratando. Por ejemplo, los materiales dispuestos en láminas, hojas o tejidos con varios metros de ancho que tratar pueden tratarse mediante una fila de inyectores.In general, AP plasmas are generated by CA excitation (corona discharge) and plasma jets. A pulsed electric arc is generated in the plasma jet by means of a high voltage discharge (5-15 kV, 10-100 kHz). A process gas, such as compressed air without oil, flows through this discharge section, becoming excited and becoming plasma. This plasma then passes through an injector head until it reaches the surface of the material to be treated. The injector head has a ground potential and, thus, largely retains particles in the plasma flow with potential. In addition, the injector head determines the geometric shape of the emerging jet. Several injector heads can be used for the corresponding area of the substrate being treated. For example, the materials arranged in sheets, sheets or fabrics with several meters of width to be treated can be treated by a row of injectors.
El plasma AP y el plasma al vacío llevan tiempo utilizándose para limpiar y activar superficies de materiales a fin de prepararlas para la adhesión, el estampado, el pintado, la polimerización u otros recubrimientos funcionales o decorativos. El procesamiento con plasma AP puede ser preferible al plasma al vacío para el procesamiento continuo del material. Otro método de tratamiento superficial emplea energía de microondas para polimerizar recubrimientos precursores.AP plasma and vacuum plasma have long been used to clean and activate material surfaces to prepare them for adhesion, stamping, painting, polymerization or other functional or decorative coatings. AP plasma processing may be preferable to vacuum plasma for continuous material processing. Another method of surface treatment uses microwave energy to polymerize precursor coatings.
La solicitud de patente alemana abierta a inspección pública DE 36 19 694 A1 describe un método y un aparato para crear agrupaciones de átomos funcionales en la superficie de sustratos macromoleculares, como la celulosa o la lana, en los cuales el sustrato se somete a una descarga eléctrica silenciosa de manera previa o simultánea a la irradiación con luz ultravioleta. Las lámparas de luz ultravioleta apuntan en sentido perpendicular al sustrato que vaya a tratarse.The German patent application open for public inspection DE 36 19 694 A1 describes a method and an apparatus for creating clusters of functional atoms on the surface of macromolecular substrates, such as cellulose or wool, in which the substrate is subjected to a discharge Silent electrical before or simultaneously to irradiation with ultraviolet light. Ultraviolet light bulbs point perpendicular to the substrate to be treated.
El documento de patente JP 61119676 describe la generación de una fina película en un sustrato tras el tratamiento del mismo en una cámara de tratamiento de vacío y su calentamiento a una determinada temperatura. Se forma una película de plasma a cierta distancia del sustrato. A continuación, se dirige un haz láser hacia el sustrato en sentido perpendicular a la película de plasma.JP 61119676 describes the generation of a thin film on a substrate after treatment thereof in a vacuum treatment chamber and its heating at a certain temperature. A plasma film is formed some distance from the substrate. Next, a laser beam is directed towards the substrate perpendicular to the plasma film.
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En el documento de patente US 2008/0055594 A1 se describe un analizador híbrido de elementos mediante plasma. Se genera plasma entre un electrodo de masa y un electrodo de alta tensión. Ambos electrodos forman una región anular en la que se introduce la muestra. La radiación de microondas se acopla al plasma para mantenerlo.In US patent document 2008/0055594 A1 a hybrid element analyzer by plasma is described. Plasma is generated between a ground electrode and a high voltage electrode. Both electrodes form an annular region into which the sample is introduced. Microwave radiation is coupled to the plasma to maintain it.
Hammen et al. (US 2009/0120782 A1) describen un aparato de tratamiento superficial por descarga con alimentación continua para tratar materiales de malla. Este aparato incorpora una cámara de descarga en la que tiene lugar la ionización de un gas de proceso mediante la aplicación de alta tensión.Hammen et al. (US 2009/0120782 A1) describe a discharge surface treatment apparatus with continuous feeding to treat mesh materials. This apparatus incorporates a discharge chamber in which the ionization of a process gas takes place through the application of high voltage.
RESUMENSUMMARY
La invención se define en las reivindicaciones.The invention is defined in the claims.
La invención pretende en general ofrecer unas técnicas mejoradas para tratar (como, por ejemplo, tratar y modificar superficies) materiales, como, por ejemplo, los sustratos, y más concretamente, los textiles (incluidos los textiles tejidos o de punto y las telas sin tejer), y a grandes rasgos requiere la combinación de distintas fuentes de energía adicionales (como la irradiación láser) con uno o varios plasmas generados por alta tensión (como los plasmas a presión atmosférica [AP]) para llevar a cabo los tratamientos, que pueden alterar el interior del material tratado, además de la superficie, y que pueden emplear gases introducidos o materiales precursores en un entorno seco. Se describen en el presente las combinaciones de distintas fuentes de energía.The invention is generally intended to offer improved techniques for treating (such as treating and modifying surfaces) materials, such as substrates, and more specifically, textiles (including knitted or knitted textiles and non-woven fabrics). knitting), and in broad strokes it requires the combination of different additional energy sources (such as laser irradiation) with one or several high voltage generated plasmas (such as atmospheric pressure plasmas [AP]) to carry out the treatments, which can alter the interior of the treated material, in addition to the surface, and that may use introduced gases or precursor materials in a dry environment. Combinations of different energy sources are described herein.
Un modo de realización de la invención comprende a grandes rasgos un método y un aparato para tratar y elaborar textiles técnicos y otros materiales usando una combinación de al menos dos fuentes de energía que interactúan entre sí, como el láser y el plasma atmosférico (AP) generado a alta tensión.An embodiment of the invention broadly comprises a method and an apparatus for treating and making technical textiles and other materials using a combination of at least two energy sources that interact with each other, such as lasers and atmospheric plasma (AP) generated at high voltage.
Las técnicas descritas en el presente pueden incorporarse fácilmente a un sistema para el procesamiento automático de materiales textiles. La funcionalidad puede lograrse mediante una limpieza sin soluciones acuosas, como el grabado o la ablación, activándose mediante la formación de radicales en la superficie o las superficies e incrementando y reduciendo, de manera simultánea y selectiva, las propiedades funcionales deseadas. Las diversas propiedades, como la hidrofobicidad, las propiedades ignífugas por hidrofilicidad, las propiedades antimicrobianas, la resistencia al encogimiento, la abrasión mediante fibras, las propiedades hidrófugas, el teñido a bajas temperaturas, la mayor absorción del tinte y la fijación del color, pueden lograrse o mejorarse, aumentarse o reducirse, por medio de uno o varios procesos que provocan cambios químicos o morfológicos, como la formación de radicales en la superficie del material. También pueden aplicarse y procesarse recubrimientos del material, como los recubrimientos a escala nanométrica en la composición de materiales avanzados.The techniques described herein can easily be incorporated into a system for the automatic processing of textile materials. Functionality can be achieved by cleaning without aqueous solutions, such as etching or ablation, by activating the formation of radicals on the surface or surfaces and increasing and reducing, simultaneously and selectively, the desired functional properties. The various properties, such as hydrophobicity, hydrophilicity flame retardant properties, antimicrobial properties, shrinkage resistance, fiber abrasion, hydrophobic properties, dyeing at low temperatures, increased dye absorption and color fixation, can achieved or improved, increased or reduced, by means of one or more processes that cause chemical or morphological changes, such as the formation of radicals on the surface of the material. Material coatings, such as nanometric scale coatings in the composition of advanced materials, can also be applied and processed.
La combinación (o hibridación) de la energía del plasma AP con un haz láser como fuente de energía secundaria puede dar lugar a un entorno energético más eficaz (y comercialmente viable) para el tratamiento de sustratos. La fuente de energía secundaria se puede aplicar de manera combinada (conjuntamente o simultáneamente) o secuencial (de forma sucesiva o selectiva) con la energía del plasma AP para lograr las propiedades deseadas.The combination (or hybridization) of the energy of the AP plasma with a laser beam as a secondary energy source may result in a more efficient (and commercially viable) energy environment for substrate treatment. The secondary energy source can be applied in combination (jointly or simultaneously) or sequentially (successively or selectively) with the energy of the AP plasma to achieve the desired properties.
La fuente de energía secundaria puede actuar sobre la columna de plasma generada aparte, de modo que se obtenga un entorno plasmático más eficaz y con mayor energía, a la vez que se dispone de la posibilidad de actuar directamente sobre la superficie y, en algunos casos, el interior del material sujeto a este tratamiento híbrido.The secondary energy source can act on the plasma column generated separately, so that a more efficient and more energy plasma environment is obtained, at the same time as the possibility of acting directly on the surface is available and, in some cases , the interior of the material subject to this hybrid treatment.
Las técnicas descritas en el presente documento pueden aplicarse, aunque no exclusivamente, al tratamiento de textiles (tanto orgánicos como inorgánicos), papel, papel sintético, plástico y otros materiales similares que normalmente adoptan forma de lámina, hoja o tela en rollo («artículos de venta por metros»). Las técnicas que se describen en el presente documento también pueden aplicarse a la extrusión de plásticos o metales, los laminadores, el moldeo por inyección, el hilado, el cardado, el tejido, la fabricación de vidrio, el grabado de sustratos y la limpieza y el recubrimiento de cualquier material, así como a casi cualquier técnica de procesamiento de materiales. Mediante las técnicas descritas, pueden tratarse materiales rígidos, como las láminas de vidrio (por ejemplo, las empleadas en las pantallas táctiles).The techniques described herein can be applied, although not exclusively, to the treatment of textiles (both organic and inorganic), paper, synthetic paper, plastic and other similar materials that normally take the form of a sheet, sheet or roll fabric ("articles of sale by meters »). The techniques described herein can also be applied to the extrusion of plastics or metals, laminators, injection molding, spinning, carding, weaving, glass fabrication, substrate etching and cleaning and the coating of any material, as well as almost any material processing technique. By means of the described techniques, rigid materials can be treated, such as glass sheets (for example, those used in touch screens).
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se expone un método para el tratamiento de un sustrato, tal como se define en la reivindicación 1.In accordance with one aspect of the present invention, a method for treating a substrate, as defined in claim 1, is set forth.
En otro aspecto, la presente invención incluye un aparato, tal como se define en la reivindicación 7.In another aspect, the present invention includes an apparatus, as defined in claim 7.
En un aspecto más, la presente invención comprende un uso del aparato descrito en el presente documento para el tratamiento de un sustrato textil.In a further aspect, the present invention comprises a use of the apparatus described herein for the treatment of a textile substrate.
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En un aspecto diferente, la presente invención concibe un material textil obtenido con el método descrito en el presente documento.In a different aspect, the present invention conceives a textile material obtained with the method described herein.
Las ventajas de la presente invención pueden incluir, entre otras, un método para la creación de un plasma con mayor energía y más eficaz para limpiar y activar superficies para su posterior procesamiento o acabado. Por ejemplo, la irradiación con láser ultravioleta, tanto de onda continua como pulsada, puede combinarse con plasma AP generado por medios electromagnéticos para crear un entorno reactivo fuertemente ionizado y con mayor energía para el tratamiento de superficies. El efecto de la energía híbrida resultante puede ser mayor que el de la suma de sus distintos componentes. Puede emplearse energía láser pulsada para conducir el plasma, de manera que se generan ondas y la energía láser acelera las ondas de plasma resultantes, que actúan sobre el sustrato de manera similar a la acción de las olas en el mar.The advantages of the present invention may include, among others, a method for creating a plasma with greater energy and more efficient for cleaning and activating surfaces for further processing or finishing. For example, ultraviolet laser irradiation, both continuous and pulsed, can be combined with AP plasma generated by electromagnetic means to create a strongly ionized and more energy reactive environment for surface treatment. The effect of the resulting hybrid energy may be greater than that of the sum of its various components. Pulsed laser energy can be used to conduct the plasma, so that waves are generated and the laser energy accelerates the resulting plasma waves, which act on the substrate in a manner similar to the action of waves in the sea.
Este plasma acelerado y con una mayor energía puede dar lugar a radicales en la fibra o la superficie del sustrato tratado y fijar grupos ionizados a dichos radicales. Dichos grupos funcionales, como carboxilo, hidroxilo u otros, se fijan a la superficie mejorando las características de polaridad y pueden dar lugar a una mayor hidrofilicidad y otras propiedades funcionales deseables.This accelerated and higher energy plasma can give rise to radicals in the fiber or surface of the treated substrate and fix ionized groups to said radicals. Said functional groups, such as carboxyl, hydroxyl or others, are fixed to the surface improving the polarity characteristics and can lead to greater hydrophilicity and other desirable functional properties.
La invención combina de manera conveniente fuentes de energía en un entorno atmosférico controlado en presencia de un sustrato material. El resultado final puede ser la conversión y la síntesis de materiales en la superficie del sustrato: el sustrato puede sufrir una alteración física, en contraste con un simple recubrimiento.The invention conveniently combines energy sources in a controlled atmospheric environment in the presence of a material substrate. The end result can be the conversion and synthesis of materials on the surface of the substrate: the substrate can undergo a physical alteration, in contrast to a simple coating.
En un modo de realización que se expone a modo de ejemplo, se crea un plasma por radiofrecuencia a alta frecuencia en un compartimento (o cavidad, o cámara) formado entre rodillos giratorios y accionados y que se extiende por todo el ancho del área de procesamiento. El campo de plasma generado es uniforme por todo el ancho del área de tratamiento y puede actuar a presión atmosférica. Se incluye, además, un láser ultravioleta de gran potencia para que interactúe con el plasma o con el material que se trate. Es posible modificar la forma del haz láser para que presente una sección transversal rectangular y una densidad energética uniforme en toda el área de tratamiento. Puede emplearse un sistema de suministro de gas para combinar cualquier cantidad de gases ambientales y precursores (por ejemplo, cuatro) en un único gas de alimentación que llene la cámara de plasma híbrido. También puede incorporarse un sistema de pulverización o nebulizador capaz de aplicar una capa fina y uniforme de material sol-gel o aceleradores del proceso al material que vaya a tratarse, antes o después del procesamiento.In an exemplary embodiment, a high frequency radiofrequency plasma is created in a compartment (or cavity, or chamber) formed between rotating and driven rollers and extending over the entire width of the processing area . The plasma field generated is uniform throughout the width of the treatment area and can act at atmospheric pressure. It also includes a high power ultraviolet laser to interact with the plasma or the material in question. It is possible to modify the shape of the laser beam so that it has a rectangular cross-section and a uniform energy density throughout the entire treatment area. A gas supply system can be used to combine any amount of environmental gases and precursors (for example, four) into a single feed gas that fills the hybrid plasma chamber. A spray or nebulizer system capable of applying a thin and uniform layer of sol-gel material or process accelerators can also be incorporated into the material to be treated, before or after processing.
El proceso de combinación del plasma y la fotónica (como el láser ultravioleta) es seco, se lleva a cabo a presiones atmosféricas y emplea gases seguros e inertes (como el nitrógeno, el oxígeno, el argón y el dióxido de carbono). Al modificarse la potencia del láser y el plasma y al variarse los gases ambientales o al añadirse materiales sol-gel u otros precursores orgánicos o inorgánicos —es decir, al cambiar la «receta» —, el sistema ofrece una amplia variedad de aplicaciones del proceso.The process of combining plasma and photonics (such as ultraviolet lasers) is dry, is carried out at atmospheric pressures and uses safe and inert gases (such as nitrogen, oxygen, argon and carbon dioxide). By changing the power of the laser and plasma and by varying the ambient gases or by adding sol-gel materials or other organic or inorganic precursors - that is, by changing the "recipe" - the system offers a wide variety of process applications .
Algunas de dichas aplicaciones son la limpieza, la preparación y la mejora del rendimiento de los materiales.Some of these applications are cleaning, preparation and improvement of material performance.
- En la limpieza, el láser puede intensificar la potencia del plasma y actuar por sí mismo sobre el material del sustrato.- In cleaning, the laser can intensify plasma power and act on the substrate material itself.
- En la preparación del material del sustrato para un procesamiento secundario, como el teñido, puede realizarse la ablación de la superficie de las fibras de manera controlada, aumentando así la hidrofilicidad del material (por ejemplo, en los materiales textiles). Además, al introducir gases ambientales en la zona de procesamiento del sistema, pueden crearse sustancias químicas en la superficie del material (p. ej., una tela), que pueden reaccionar con los medios de tinción para lograr una penetración más eficaz del tinte, un proceso de coloración más intenso o una reducción de la temperatura de tinción. Por ejemplo, se pueden preparar las fibras textiles para conseguir una absorción más controlada de los tintes de óxido de cromo y aumentar así la intensidad del color negro obtenido. Por tanto, existe potencial en este proceso para rebajar el contenido químico de los tintes, lo cual podría reducir tanto el impacto medioambiental negativo como los costes de procesamiento.- In the preparation of the substrate material for secondary processing, such as dyeing, the ablation of the fiber surface can be performed in a controlled manner, thereby increasing the hydrophilicity of the material (for example, in textile materials). In addition, by introducing environmental gases into the system's processing zone, chemical substances can be created on the surface of the material (e.g., a cloth), which can react with the dyeing media to achieve more effective dye penetration, a more intense coloring process or a reduction in staining temperature. For example, textile fibers can be prepared to achieve a more controlled absorption of chromium oxide dyes and thus increase the intensity of the black color obtained. Therefore, there is potential in this process to reduce the chemical content of the dyes, which could reduce both the negative environmental impact and the processing costs.
- En relación con la mejora del rendimiento, por medio del proceso puede lograrse la síntesis de materiales en la superficie del sustrato. Mediante la alteración de las potencias y de las frecuencias del láser y el plasma, y gracias a la introducción de otros materiales en el entorno del proceso, el sistema consigue la ablación de la superficie del sustrato y, mediante varias reacciones químicas entre el sustrato y los gases ambientales, se sintetizan nuevos materiales en la superficie de las fibras de la malla del material textil.- In relation to performance improvement, through the process the synthesis of materials on the surface of the substrate can be achieved. By altering the powers and frequencies of the laser and plasma, and thanks to the introduction of other materials in the process environment, the system achieves ablation of the substrate surface and, through various chemical reactions between the substrate and the environmental gases, new materials are synthesized on the surface of the fibers of the mesh of the textile material.
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Puede hacerse referencia de forma detallada a modos de realización de la invención descrita, en relación con los cuales pueden ilustrarse algunos ejemplos no exhaustivos en los dibujos adjuntos (o figuras, o FIGS). En general, las figuras son dibujos esquemáticos. Para ofrecer una mayor claridad, algunos elementos de las figuras pueden exagerarse y otros, omitirse. Puede hacerse referencia a la relación o a las relaciones entre los distintos elementos de las figuras en función del modo en que se presentan o ubican en los dibujos, como, por ejemplo, «arriba», «abajo», «izquierda», «derecha», «encima», «debajo» o términos similares. La fraseología y la terminología empleados en el presente no deben interpretarse de manera restrictiva y debe considerarse que se emplean con fines exclusivamente descriptivos.Reference may be made in detail to embodiments of the described invention, in relation to which some non-exhaustive examples may be illustrated in the accompanying drawings (or figures, or FIGS). In general, the figures are schematic drawings. To offer greater clarity, some elements of the figures can be exaggerated and others omitted. Reference can be made to the relationship or to the relationships between the different elements of the figures depending on the way in which they are presented or placed in the drawings, such as, for example, "up", "down", "left", "right" , "Above", "below" or similar terms. The wording and terminology used herein should not be construed restrictively and should be considered as being used for descriptive purposes only.
La FIG. 1 es una representación esquemática de un sistema de tratamiento de acuerdo con un modo de realización de la invención.FIG. 1 is a schematic representation of a treatment system according to an embodiment of the invention.
La FIG. 2 muestra una vista parcial en perspectiva de un área de plasma del sistema de tratamiento ilustrado en la FIG. 1. No forma parte de la invención.FIG. 2 shows a partial perspective view of a plasma area of the treatment system illustrated in FIG. 1. It is not part of the invention.
La FIG. 2A muestra una vista parcial en perspectiva de un área de plasma del sistema de tratamiento ilustrado en la FIG. 1.FIG. 2A shows a partial perspective view of a plasma area of the treatment system illustrated in FIG. one.
La FIG. 3 muestra una vista parcial en perspectiva de un área de pretratamiento, un área de plasma y un área de postratamiento del sistema de tratamiento ilustrado en la FIG. 1 de acuerdo con algunos modos de realización de la invención.FIG. 3 shows a partial perspective view of a pretreatment area, a plasma area and a post-treatment area of the treatment system illustrated in FIG. 1 according to some embodiments of the invention.
Las FIGS. 4A a 4F son representaciones esquemáticas de elementos de un área de tratamiento del sistema de tratamiento ilustrado en la FIG. 1 de acuerdo con algunos modos de realización de la invención.FIGS. 4A to 4F are schematic representations of elements of a treatment area of the treatment system illustrated in FIG. 1 according to some embodiments of the invention.
DESCRIPCIÓN DETALLADADETAILED DESCRIPTION
La invención hace referencia en general al tratamiento (como, por ejemplo, el tratamiento de superficies) de materiales (por ejemplo, textiles) para modificar sus propiedades.The invention generally refers to the treatment (such as, for example, surface treatment) of materials (for example, textiles) to modify their properties.
Se describirán varios modos de realización para ilustrar la invención o las invenciones y dichos modos de realización deberán considerarse ilustrativos y no exhaustivos. Aunque la invención se describe en general en el contexto de varios ejemplos de modos de realización, debe entenderse que con dicha descripción no se pretende limitar la invención a estos modos de realización concretos. Cada modo de realización puede constituir un ejemplo o una puesta en práctica de uno o más aspectos de la invención o las invenciones. Aunque en el contexto de cada modo de realización se pueden describir varias características de la invención o las invenciones, las características también se pueden enunciar por separado o en cualquier combinación entre sí que resulte adecuada. Por otro lado, aunque la invención o las invenciones se pueden describir en el contexto de distintos modos de realización, dicha invención o dichas invenciones también pueden ponerse en práctica siguiendo un único modo de realización.Various embodiments will be described to illustrate the invention or the inventions and such embodiments should be considered illustrative and not exhaustive. Although the invention is generally described in the context of several examples of embodiments, it should be understood that with said description it is not intended to limit the invention to these specific embodiments. Each embodiment may constitute an example or implementation of one or more aspects of the invention or the inventions. Although various features of the invention or inventions can be described in the context of each embodiment, the features can also be stated separately or in any combination with each other that is suitable. On the other hand, although the invention or the inventions can be described in the context of different embodiments, said invention or said inventions can also be practiced following a single embodiment.
En la descripción principal que sigue, se hablará sobre el tratamiento superficial de sustratos, que pueden ser textiles suministrados en rollos (largas hojas de material o telas enrolladas en una bobina). Pueden aplicarse uno o más tratamientos, incluidos, entre otros, la síntesis de materiales, a una o ambas caras del sustrato textil y pueden introducirse materiales adicionales. A los efectos del presente, se entenderá por «sustrato» una fina «hoja» de material o tela con dos caras, a las que es posible referirse como «anverso» y «reverso» o caras «superior» e «inferior».In the main description that follows, we will talk about the surface treatment of substrates, which can be textiles supplied in rolls (long sheets of material or fabrics rolled in a coil). One or more treatments, including, among others, the synthesis of materials, can be applied to one or both sides of the textile substrate and additional materials can be introduced. For the purposes of the present, "substrate" means a thin "sheet" of material or fabric with two faces, which can be referred to as "front" and "back" or "top" and "bottom" faces.
ALGUNOS MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNSOME EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Los siguientes modos de realización y los siguientes aspectos de estos pueden describirse e ilustrarse junto con sistemas, herramientas y métodos expuestos a modo de ejemplo ilustrativo, que en ningún caso deberán considerarse exhaustivos. Es posible que se indiquen diseños concretos para ofrecer una visión detallada de la invención o las invenciones. Sin embargo, debe ser evidente para los expertos en la materia que quizá resulte posible poner en práctica la invención o las invenciones sin algunos de los detalles concretos que se presentan en este documento. Además, es posible que se omitan o simplifiquen algunas características conocidas a fin de no complicar las descripciones de la invención o las invenciones.The following embodiments and the following aspects of these can be described and illustrated together with systems, tools and methods set forth by way of illustrative example, which in no case should be considered exhaustive. Concrete designs may be indicated to provide a detailed view of the invention or inventions. However, it should be apparent to those skilled in the art that it may be possible to implement the invention or inventions without some of the specific details presented in this document. In addition, some known features may be omitted or simplified so as not to complicate the descriptions of the invention or the inventions.
La FIG. 1 muestra un sistema de tratamiento superficial (100) completo y un método para realizar el tratamiento, como, por ejemplo, el tratamiento superficial de un sustrato (102). En las figuras que se presentan, el sustrato (102) se muestra avanzando por el sistema (100) de derecha a izquierda.FIG. 1 shows a complete surface treatment system (100) and a method for performing the treatment, such as, for example, the surface treatment of a substrate (102). In the figures presented, the substrate (102) is shown advancing through the system (100) from right to left.
El sustrato (102) puede ser, por ejemplo, un material textil y puede suministrarse, al modo de los «artículos de venta por metros», como una tela enrollada en una bobina. El sustrato que deba tratarse puede ser, por ejemplo, un material textil fibroso, como algodón/poliéster, de aproximadamente 1 m de ancho, aproximadamente 1 mm de grosor y aproximadamente 100 metros de largo.The substrate (102) can be, for example, a textile material and can be supplied, in the manner of "sale items per meter", as a fabric wound in a reel. The substrate to be treated may be, for example, a fibrous textile material, such as cotton / polyester, approximately 1 m wide, approximately 1 mm thick and approximately 100 meters long.
5 Una parte del material (102A), como, por ejemplo, una parte del sustrato (102) de 1 x 1 m aún sin tratar, se ilustra saliendo de un rollo de alimentación (R1) en una sección de alimentación (100A) del sistema (100). Desde la sección de alimentación (100A), el sustrato (102) atraviesa una sección de tratamiento (120) del aparato (100). Tras el tratamiento, el sustrato (102) sale del aparato de tratamiento (120) y puede recogerse de cualquier modo que resulte adecuado, como, por ejemplo, enrollado en un rollo de salida (R2). Una parte del material (102B), como, por ejemplo, una parte del 10 sustrato (102) de 1 x 1 m ya tratada, se ilustra enrollándose en un rollo de salida (R2) en una sección de salida (100B) del sistema (100). Pueden incluirse varios rodillos (R) entre las distintas secciones del sistema (100) (tal como se muestra) y dentro de las distintas secciones (no se muestra) para guiar el material a través del sistema.5 A part of the material (102A), such as a part of the substrate (102) of 1 x 1 m still untreated, is illustrated leaving a feed roll (R1) in a feed section (100A) of the system (100). From the feed section (100A), the substrate (102) passes through a treatment section (120) of the apparatus (100). After treatment, the substrate (102) leaves the treatment apparatus (120) and can be collected in any way that is suitable, such as, for example, rolled up in an exit roll (R2). A part of the material (102B), such as a part of the substrate (102) of 1 x 1 m already treated, is illustrated by winding in an exit roll (R2) in an exit section (100B) of the system (100) Several rollers (R) can be included between the different sections of the system (100) (as shown) and within the different sections (not shown) to guide the material through the system.
La sección de tratamiento (120) puede comprender en general tres áreas (o regiones, o zonas):The treatment section (120) can generally comprise three areas (or regions, or zones):
- opcionalmente, un área de pretratamiento (o del precursor) (122);- optionally, a pretreatment area (or precursor) (122);
15 - un área de tratamiento (o del plasma) (124);15 - a treatment area (or plasma) (124);
- opcionalmente, un área de postratamiento (o de acabado) (126).- optionally, a post-treatment (or finishing) area (126).
El área de tratamiento (124) incorpora componentes para generar plasma atmosférico (AP) con corriente alterna (CA) a alta tensión. Sus elementos son generalmente conocidos y algunos de ellos se describen con más detalle a continuación.The treatment area (124) incorporates components to generate atmospheric plasma (AP) with alternating current (AC) at high voltage. Its elements are generally known and some of them are described in more detail below.
20 Se incluye un láser (130) como fuente de energía secundaria para crear un haz (132) que interactúa con el plasma AP en el área de tratamiento principal (124) y que también incide en la superficie del sustrato (102).A laser (130) is included as a secondary energy source to create a beam (132) that interacts with the AP plasma in the main treatment area (124) and also affects the surface of the substrate (102).
Puede incorporarse un controlador (140) para controlar la operación de los distintos componentes y elementos descritos previamente y puede proporcionarse con las interfaces de usuario habituales (sistema de introducción de comandos, pantalla, etc.).A controller (140) can be incorporated to control the operation of the various components and elements described previously and can be provided with the usual user interfaces (command input system, display, etc.).
25 La configuración que se muestra en la FIG. 2 no forma parte de la invención, pero sirve para ilustrarla. La FIG. 2 muestra parte del área de tratamiento principal (124) y algunos elementos operativos de la misma. Se incluyen tres ejes ortogonales (x, y y z). (En la FIG. 1, se incluyen los correspondientes ejes x e y. )25 The configuration shown in FIG. 2 is not part of the invention, but serves to illustrate it. FIG. 2 shows part of the main treatment area (124) and some operational elements of it. Three orthogonal axes (x, y and z) are included. (In FIG. 1, the corresponding x and y axes are included.)
Se muestran dos electrodos alargados (212 [e1] y 214 [e2]), uno de los cuales puede considerarse un cátodo y el otro, un ánodo. Estos dos electrodos (e1 y e2) pueden disponerse en general de forma paralela entre sí, en paralelo al eje y y 30 separados el uno del otro en la dirección del eje x. Los electrodos (e1 y e2) pueden presentar cualquier forma que resulte adecuada, como, por ejemplo, forma de varilla, tubo o cualquier otro tipo de electrodo cilíndrico giratorio, y, en principio, están separados el uno del otro a una distancia que deje espacio suficiente para el grosor del material procesado. Los electrodos (e1 y e2) pueden disponerse, aproximadamente, 1 mm por encima de la cara superior (102a) del sustrato (102) que vaya a tratarse.Two elongated electrodes (212 [e1] and 214 [e2]) are shown, one of which can be considered a cathode and the other an anode. These two electrodes (e1 and e2) can generally be arranged parallel to each other, parallel to the y-axis 30 separated from each other in the direction of the x-axis. The electrodes (e1 and e2) may have any form that is suitable, such as a rod, tube or any other type of rotating cylindrical electrode, and, in principle, they are separated from each other at a distance that leaves sufficient space for the thickness of the processed material. The electrodes (e1 and e2) can be arranged approximately 1 mm above the upper face (102a) of the substrate (102) to be treated.
35 Los electrodos (e1 y e2) pueden energizarse de cualquier modo que resulte adecuado para crear plasma atmosférico (AP) a lo largo de la pareja de cátodo y ánodo en el espacio entre los electrodos (e1 y e2) y directamente alrededor de estos, al que nos podemos referir como «zona de reacción del plasma».The electrodes (e1 and e2) can be energized in any way that is suitable for creating atmospheric plasma (AP) along the cathode and anode pair in the space between the electrodes (e1 and e2) and directly around them, which we can refer to as "plasma reaction zone".
Tal como se ha mencionado previamente, puede dirigirse un haz láser (132) al área de tratamiento principal (124) y dicho haz también puede incidir en la superficie del sustrato (102). En la FIG. 2, se muestra el haz láser (132) dirigido 40 aproximadamente a lo largo del eje y, aproximadamente en paralelo a los electrodos (e1 y e2) y entre los mismos, y ligeramente por encima de la cara superior (102a) del sustrato (102), de modo que interactúe con el plasma (columna) generado por ambos electrodos (e1 y e2). En un ejemplo de aplicación, la superficie de incidencia del haz puede ser un rectángulo de, aproximadamente, 30 x 15 mm. El haz puede orientarse en vertical u horizontal para facilitar la interacción deseada del plasma o la irradiación directa del sustrato.As previously mentioned, a laser beam (132) can be directed to the main treatment area (124) and said beam can also affect the surface of the substrate (102). In FIG. 2, the laser beam (132) directed 40 is shown approximately along the axis and, approximately parallel to the electrodes (e1 and e2) and between them, and slightly above the upper face (102a) of the substrate ( 102), so that it interacts with the plasma (column) generated by both electrodes (e1 and e2). In an example of application, the area of incidence of the beam can be a rectangle of approximately 30 x 15 mm. The beam can be oriented vertically or horizontally to facilitate the desired plasma interaction or direct irradiation of the substrate.
45 El haz láser (132) se dirige ligera pero suficientemente «desviado» para que irradie directamente el sustrato (102) que deba tratarse mientras reacciona al mismo tiempo con el plasma que generen los dos electrodos (e1 y e2). En concreto, el haz láser (132) se desvía con un ángulo «a», que es, aproximadamente, inferior a 1-10 grados en relación con la caraThe laser beam (132) is directed lightly but sufficiently "deflected" to directly irradiate the substrate (102) that must be treated while reacting at the same time with the plasma generated by the two electrodes (e1 and e2). Specifically, the laser beam (132) deviates with an angle "a", which is approximately less than 1-10 degrees relative to the face
superior (102a) del sustrato (102) a fin de que incida en dicha cara superior (102a). El haz láser (132) puede inspeccionarse por medio de galvanómetros convencionales o algún instrumento similar, para que interactúe debidamente con cualquier parte seleccionada del plasma generado por los dos electrodos (e1 y e2), con el sustrato (102) o con ambos.upper (102a) of the substrate (102) so that it affects said upper face (102a). The laser beam (132) can be inspected by means of conventional galvanometers or some similar instrument, so that it interacts properly with any selected part of the plasma generated by the two electrodes (e1 and e2), with the substrate (102) or with both.
5 El plasma se crea usando una primera fuente de energía, como corriente alterna (CA) a alta tensión. Una segunda fuente de energía diferente (como el láser) interactúa con el plasma, generando un «plasma híbrido», y dicho plasma híbrido interactúa (en el área de tratamiento) con el sustrato (el material) que vaya a tratarse. Además de interactuar con la primera fuente de energía, la segunda fuente de energía también debe interactuar directamente con el material que vaya a tratarse. La interacción directa con el sustrato u otro gas (secundario o precursor) puede generar su propio 10 plasma mantenido por láser, que, a su vez, puede interactuar con el plasma generado por alto voltaje para incrementar la energía del entorno reactivo.5 Plasma is created using a first source of energy, such as high voltage alternating current (AC). A second different energy source (such as the laser) interacts with the plasma, generating a «hybrid plasma», and said hybrid plasma interacts (in the treatment area) with the substrate (the material) to be treated. In addition to interacting with the first source of energy, the second source of energy must also interact directly with the material to be treated. Direct interaction with the substrate or other gas (secondary or precursor) can generate its own laser-maintained plasma, which, in turn, can interact with the plasma generated by high voltage to increase the energy of the reactive environment.
El sustrato (102) (material que se trate) se guía mediante rodillos a medida que atraviesa el área (la zona) de tratamiento principal (124). La FIG. 2A muestra que uno de estos rodillos (214) funciona como el ánodo y el otro (212), como el cátodo (o al revés) de una pareja de ánodo y cátodo dispuesta para generar el plasma. Cabe señalar que, en la 15 FIG. 2, el sustrato (102) se encuentra a un lado de ambos electrodos (e1 y e2) (por debajo de estos, en la ilustración), y, en la FIG. 2A, el sustrato (102) se encuentra dispuesto entre los dos electrodos (e1 y e2). En ambos casos, el plasma generado por los electrodos (e1 y e2) actúa, al menos, sobre una de las caras del sustrato (102). Los ánodos y los cátodos pueden estar revestidos por un material aislante, como un material cerámico.The substrate (102) (material in question) is guided by rollers as it crosses the main treatment area (zone) (124). FIG. 2A shows that one of these rollers (214) functions as the anode and the other (212), as the cathode (or vice versa) of an anode and cathode pair arranged to generate the plasma. It should be noted that, in FIG. 2, the substrate (102) is located on one side of both electrodes (e1 and e2) (below these, in the illustration), and, in FIG. 2A, the substrate (102) is disposed between the two electrodes (e1 and e2). In both cases, the plasma generated by the electrodes (e1 and e2) acts, at least, on one of the faces of the substrate (102). The anodes and cathodes may be coated with an insulating material, such as a ceramic material.
La FIG. 3 muestra que, en el área (la zona) de pretratamiento (122), puede emplearse una fila de cabezales (boquillas) 20 de pulverización (322) que cubran todo el ancho del material que vaya a tratarse, o cualquier otro medio adecuado, para dispensar los materiales precursores (323) en fase sólida, líquida o gaseosa en el sustrato (102) y así permitir el procesamiento de determinadas propiedades, como las características antimicrobianas, ignífugas o superhidrofóbicas/hidrofílicas.FIG. 3 shows that, in the pretreatment area (zone) (122), a row of spray heads (nozzles) 20 (322) covering the entire width of the material to be treated, or any other suitable means may be used, to dispense precursor materials (323) in solid, liquid or gaseous phase in the substrate (102) and thus allow the processing of certain properties, such as antimicrobial, flame retardant or superhydrophobic / hydrophilic characteristics.
Puede existir una zona de separación intermedia entre el área (la zona) de pretratamiento (122) y el área (la zona) de 25 tratamiento principal (124) a fin de dejar tiempo para que los materiales aplicados en la fase de pretratamiento se infiltren en el sustrato (sean absorbidos por este). El sistema seguirá procesando un material continuo, pero la zona de separación puede retener, por ejemplo, hasta 200 m de tela. Cuando el material que vaya a tratarse (como, por ejemplo, artículos de venta por metros) entre, por ejemplo, en el sistema a 20 m/min, esta zona de separación permite un «tiempo de secado» de varios minutos entre el pretratamiento (122) y el tratamiento con plasma híbrido (124) sin 30 interrumpir el flujo de material por el sistema.There may be an intermediate separation zone between the pretreatment area (zone) (122) and the area (zone) of the main treatment (124) in order to allow time for the materials applied in the pretreatment phase to be infused in the substrate (be absorbed by it). The system will continue to process a continuous material, but the separation zone can retain, for example, up to 200 m of fabric. When the material to be treated (such as, for example, sale items per meter) enters, for example, in the system at 20 m / min, this separation zone allows a "drying time" of several minutes between pretreatment (122) and hybrid plasma treatment (124) without interrupting the flow of material through the system.
De igual modo, en el área (la zona) de postratamiento (126), puede emplearse una fila de cabezales (boquillas) de pulverización (326) que cubran todo el ancho del material que vaya a tratarse (124), o cualquier otro medio adecuado, para dispensar los materiales de acabado (327) en fase sólida, líquida o gaseosa en el sustrato (102) y así conferirle las características deseadas.Similarly, in the post-treatment area (zone) (126), a row of spray heads (nozzles) (326) covering the entire width of the material to be treated (124), or any other means can be used suitable, to dispense the finishing materials (327) in solid, liquid or gaseous phase in the substrate (102) and thus confer on it the desired characteristics.
35 Algunos modos de realización del área de tratamiento (124)35 Some embodiments of the treatment area (124)
Las FIGS. 4A a 4F ilustran varios modos de realización de elementos del área de tratamiento (124).FIGS. 4A to 4F illustrate various embodiments of elements of the treatment area (124).
La FIG. 4A ilustra un modo de realización (400A) con las siguientes características:FIG. 4A illustrates an embodiment (400A) with the following characteristics:
- Un primer rodillo («superior») (412) funciona como electrodo (e1) y puede presentar un diámetro de, aproximadamente, 10 cm, y una longitud (perpendicular a la ilustración) de 2 m. Este rodillo (412) puede- A first ("upper") roller (412) functions as an electrode (e1) and can have a diameter of approximately 10 cm and a length (perpendicular to the illustration) of 2 m. This roller (412) can
40 incorporar un núcleo metálico y una superficie exterior cerámica (aislante eléctrico).40 incorporate a metal core and a ceramic outer surface (electrical insulator).
- Un segundo rodillo («inferior») (414) funciona como electrodo (e2) y puede presentar un diámetro de,- A second roller ("lower") (414) functions as an electrode (e2) and can have a diameter of,
aproximadamente, 15 cm, y una longitud (perpendicular a la ilustración) de 2 m. Este rodillo (414) puede incorporar un núcleo metálico y una superficie exterior cerámica (aislante eléctrico).approximately 15 cm, and a length (perpendicular to the illustration) of 2 m. This roller (414) can incorporate a metal core and a ceramic outer surface (electrical insulator).
- El segundo rodillo (414) se encuentra dispuesto en paralelo al primer rodillo (412) y directamente debajo de- The second roller (414) is arranged parallel to the first roller (412) and directly below
45 este (tal como se aprecia en la ilustración), con un espacio de separación que se corresponde con el grosor45 east (as shown in the illustration), with a separation space that corresponds to the thickness
(por ejemplo, puede ser ligeramente inferior al grosor) del material del sustrato (402) (equipárese a 102) que se hace pasar entre ambos rodillos (412 y 414). El material puede avanzar de derecha a izquierda, tal como se indica con la flecha. El sustrato (402) presenta una cara superior (402a) (equipárese a 102a) y una cara inferior (402b) (equipárese a 102b).(for example, it may be slightly less than the thickness) of the substrate material (402) (equal to 102) that is passed between both rollers (412 and 414). The material can move from right to left, as indicated by the arrow. The substrate (402) has an upper face (402a) (equal to 102a) and a lower face (402b) (equal to 102b).
55
1010
15fifteen
20twenty
2525
3030
3535
4040
45Four. Five
50fifty
- El primer rodillo (412) puede servir de ánodo de una pareja de ánodo y cátodo y puede recibir alta tensión. El segundo rodillo (414) puede servir de cátodo de la pareja de ánodo y cátodo y puede estar puesto a tierra.- The first roller (412) can serve as an anode of a pair of anode and cathode and can receive high tension. The second roller (414) can serve as a cathode of the anode and cathode pair and can be grounded.
- Un primer rodillo presor o de alimentación («derecho») (416) (n1) se encuentra adyacente al cuadrante inferior derecho (según la ilustración) del primer rodillo (412) y al cuadrante superior derecho (según la ilustración) del segundo rodillo (414). Este rodillo (416) puede presentar un diámetro de, aproximadamente, 12 cm, y una longitud (perpendicular a la ilustración) de 2 m. La superficie exterior de este rodillo (416) puede estar en contacto con la superficie exterior del primer rodillo (412). El espacio entre la superficie exterior de este rodillo (416) y la superficie exterior del segundo rodillo (414) se corresponde con el grosor (por ejemplo, puede ser ligeramente inferior al grosor) del material del sustrato (402) (equipárese a 102) que se hace pasar entre ambos rodillos (416 y 414).- A first presser or feed roller ("right") (416) (n1) is adjacent to the lower right quadrant (according to the illustration) of the first roller (412) and the upper right quadrant (according to the illustration) of the second roller (414). This roller (416) can have a diameter of approximately 12 cm, and a length (perpendicular to the illustration) of 2 m. The outer surface of this roller (416) may be in contact with the outer surface of the first roller (412). The space between the outer surface of this roller (416) and the outer surface of the second roller (414) corresponds to the thickness (for example, it may be slightly less than the thickness) of the substrate material (402) (equate to 102) which is passed between both rollers (416 and 414).
- Un segundo rodillo presor o de alimentación («izquierdo») (418) (n2) se encuentra adyacente al cuadrante inferior izquierdo (según la ilustración) del primer rodillo (412) y al cuadrante superior izquierdo (según la ilustración) del segundo rodillo (414). Este rodillo (418) puede presentar un diámetro de, aproximadamente, 12 cm, y una longitud (perpendicular a la ilustración) de 2 m. La superficie exterior de este rodillo (418) puede estar en contacto con la superficie exterior del primer rodillo (412). El espacio entre la superficie exterior de este rodillo (418) y la superficie exterior del segundo rodillo (414) se corresponde con el grosor (por ejemplo, puede ser ligeramente inferior al grosor) del material del sustrato (402) (equipárese a 102) que se hace pasar entre ambos rodillos (418 y 414).- A second presser or feed roller ("left") (418) (n2) is adjacent to the lower left quadrant (according to the illustration) of the first roller (412) and the upper left quadrant (according to the illustration) of the second roller (414). This roller (418) can have a diameter of approximately 12 cm, and a length (perpendicular to the illustration) of 2 m. The outer surface of this roller (418) may be in contact with the outer surface of the first roller (412). The space between the outer surface of this roller (418) and the outer surface of the second roller (414) corresponds to the thickness (for example, it may be slightly less than the thickness) of the substrate material (402) (equate to 102) which is passed between both rollers (418 and 414).
- En general, los rodillos presores o de alimentación (416 y 418) deben presentar una superficie exterior aislante que evite los cortocircuitos en el ánodo y el cátodo (412 y 414).- In general, the pressure or feed rollers (416 and 418) must have an insulating outer surface that prevents short circuits at the anode and cathode (412 and 414).
Con dicha disposición de los rodillos (412, 414, 416 y 418), puede formarse una cavidad semihermética (440) entre las superficies exteriores de los cuatro rodillos (412, 414, 416 y 418) para delimitar el área de tratamiento (124) y contener el plasma. La cavidad completa (440) puede comprender una primera sección («derecha») (440a) en el espacio entre los rodillos superior, derecho e inferior (412, 416 y 414) y una segunda sección («izquierda») (440b) en el espacio entre los rodillos superior, izquierdo e inferior (412, 418 y 414). El círculo sólido al final de la línea que indica la sección derecha (440a) de la cavidad (440) representa el flujo de gas en la cavidad. El rectángulo sólido al final de la línea que indica la sección izquierda (440b) de la cavidad (440) representa el haz láser (132).With said arrangement of the rollers (412, 414, 416 and 418), a semi-hermetic cavity (440) can be formed between the outer surfaces of the four rollers (412, 414, 416 and 418) to delimit the treatment area (124) and contain the plasma. The entire cavity (440) may comprise a first section ("right") (440a) in the space between the upper, right and lower rollers (412, 416 and 414) and a second section ("left") (440b) in the space between the upper, left and lower rollers (412, 418 and 414). The solid circle at the end of the line indicating the right section (440a) of the cavity (440) represents the gas flow in the cavity. The solid rectangle at the end of the line indicating the left section (440b) of the cavity (440) represents the laser beam (132).
El plasma generado en la cavidad (440) puede ser un plasma a presión atmosférica (AP). Por tanto, no resulta necesario sellar la cavidad (440). Sin embargo, pueden colocarse topes o tapas (no se muestran) en los extremos de los rodillos (412, 414, 416 y 418) para contener (semiencerrado) y controlar el flujo de gas dentro y fuera de la cavidad (440).The plasma generated in the cavity (440) can be a plasma at atmospheric pressure (AP). Therefore, it is not necessary to seal the cavity (440). However, stops or caps (not shown) can be placed at the ends of the rollers (412, 414, 416 and 418) to contain (semi-enclosed) and control the flow of gas into and out of the cavity (440).
La FIG. 4B ilustra un modo de realización (400B) en el que los rodillos izquierdo y derecho (416 y 418) están ligeramente separados de los otros dos rodillos (412 y 414), de modo que la cavidad (440) se encuentra abierta y permite el procesamiento de sustratos más gruesos y rígidos. Sin embargo, esto requiere un accionamiento independiente y directo de cada electrodo (ánodo y cátodo). El material se conduciría a través de la zona de reacción mediante unos rodillos de alimentación y salida externos.FIG. 4B illustrates an embodiment (400B) in which the left and right rollers (416 and 418) are slightly separated from the other two rollers (412 and 414), so that the cavity (440) is open and allows the thicker and more rigid substrate processing. However, this requires an independent and direct actuation of each electrode (anode and cathode). The material would be conducted through the reaction zone through external feed and output rollers.
La FIG. 4C ilustra un modo de realización (400C) en el que se utiliza una pantalla en forma de «U» invertida (420), en lugar de los rodillos izquierdo y derecho (416 y 418), para delimitar la cavidad (440), que se divide entre una sección derecha y una sección izquierda (440a y 440b). La pantalla (420) se dispone esencialmente cubriendo por completo un rodillo (412) (excepto el lugar por el que se conduce el material) y al menos parte del otro rodillo (414). Podría colocarse una segunda pantalla (no se muestra) bajo el rodillo inferior (414).FIG. 4C illustrates an embodiment (400C) in which an inverted "U" shaped screen (420) is used, instead of the left and right rollers (416 and 418), to delimit the cavity (440), which It is divided between a right section and a left section (440a and 440b). The screen (420) is essentially arranged completely covering a roller (412) (except where the material is driven) and at least part of the other roller (414). A second screen (not shown) could be placed under the lower roller (414).
La FIG. 4D ilustra un modo de realización (400D) adaptado para tratar sustratos rígidos. El sustrato (402) descrito previamente era flexible, como, por ejemplo, un material textil. Los sustratos rígidos, como el vidrio para pantallas táctiles, también pueden tratarse con plasma híbrido y materiales precursores. Un sustrato rígido (404) con una cara superior (404a) y una cara inferior (404b) atraviesa el rodillo superior (e1) (412) y el rodillo inferior (e2) (414). Puede disponerse una fila de boquillas (422) (equipárese a 322) para suministrar material precursor en forma líquida, sólida o atomizada. También puede incorporarse una pantalla (no se muestra) similar a la indicada con la referencia 420 (véase la FIG. 4C) para contener el plasma híbrido.FIG. 4D illustrates an embodiment (400D) adapted to treat rigid substrates. The substrate (402) described previously was flexible, such as a textile material. Rigid substrates, such as glass for touch screens, can also be treated with hybrid plasma and precursor materials. A rigid substrate (404) with an upper face (404a) and a lower face (404b) passes through the upper roller (e1) (412) and the lower roller (e2) (414). A row of nozzles (422) (equal to 322) may be arranged to supply precursor material in liquid, solid or atomized form. A screen (not shown) similar to that indicated with reference 420 (see FIG. 4C) may also be incorporated to contain the hybrid plasma.
La FIG. 4E muestra un diseño (400E) que incorpora una fila de boquillas (inyectores) de plasma a alto voltaje (430) en lugar de los electrodos cilíndricos (e1 y e2). Por ejemplo, pueden disponerse diez inyectores (430) con una separación entre sí de 20 cm en el área de tratamiento (124). La ilustración muestra un sustrato rígido (404). Puede colocarse una fila de boquillas (422) (equipárese a 322) para suministrar el material precursor, por ejemplo, en forma atomizada, en elFIG. 4E shows a design (400E) that incorporates a row of high voltage plasma nozzles (injectors) (430) instead of the cylindrical electrodes (e1 and e2). For example, ten injectors (430) with a separation of 20 cm from each other can be arranged in the treatment area (124). The illustration shows a rigid substrate (404). A row of nozzles (422) (equate to 322) can be placed to supply the precursor material, for example, in atomized form, in the
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sustrato (404) en un área de pretratamiento (122) antes de su exposición al plasma híbrido. Pueden disponerse, por ejemplo, diez boquillas (422) con una separación entre sí de 20 cm en el área de pretratamiento (122). También puede incorporarse una pantalla (no se muestra) similar a la indicada con la referencia 420 (véase la FIG. 4C) para contener el plasma híbrido.substrate (404) in a pretreatment area (122) before exposure to hybrid plasma. For example, ten nozzles (422) with a separation of 20 cm from each other in the pretreatment area (122) can be arranged. A screen (not shown) similar to that indicated with reference 420 (see FIG. 4C) may also be incorporated to contain the hybrid plasma.
Este diseño permite tratar sustratos metálicos y otros sustratos conductores.This design allows to treat metallic substrates and other conductive substrates.
La FIG. 4F ilustra un modo de realización (400F) con un primer rodillo («superior») (412) que funciona como electrodo (e1) (o ánodo), un segundo rodillo («inferior») (414) que funciona como electrodo (e2) (o cátodo) y dos rodillos presores (436 y 438) (equipárense a 416 y 418).FIG. 4F illustrates an embodiment (400F) with a first roller ("upper") (412) that functions as an electrode (e1) (or anode), a second roller ("lower") (414) that functions as an electrode (e2 ) (or cathode) and two pressing rollers (436 and 438) (equate to 416 and 418).
En contraste con el modo de realización 400A (FIG. 4A), en este modo de realización, los rodillos presores (436 y 438) están ligeramente separados (por ejemplo, 1 cm) de los rodillos superior e inferior (412 y 414). Por tanto, aunque seguirán contribuyendo a contener el plasma, es posible que no puedan funcionar como rodillos de alimentación y que deban colocarse otros rodillos de alimentación (no se muestran).In contrast to embodiment 400A (FIG. 4A), in this embodiment, the pressing rollers (436 and 438) are slightly separated (for example, 1 cm) from the upper and lower rollers (412 and 414). Therefore, although they will continue to contribute to the plasma, they may not be able to function as feed rollers and other feed rollers may have to be placed (not shown).
El rodillo derecho (436) (equipárese a 416) se muestra con un recubrimiento o revestimiento (437) en la superficie. El rodillo izquierdo (438) (equipárese a 418) se muestra con un recubrimiento o revestimiento (439) en la superficie. Los rodillos derecho e izquierdo (436 y 438) del área de tratamiento con plasma híbrido (124) pueden, por ejemplo, envolverse con una hoja metálica (o incorporar una capa exterior metálica) que pueda ser desprendida durante el proceso por el plasma híbrido con alto contenido energético o por el láser (segunda fuente de energía), creando una columna que contenga plasma metálico reactivo y pueda fijarse fácilmente a los radicales de la superficie del sustrato para crear recubrimientos nanométricos con una composición metálica en el material del sustrato. El material metálico (hoja, capa) puede ser objeto de grabado o ablación controlados por el plasma y los componentes metálicos desprendidos pueden reaccionar con el plasma y depositarse en el sustrato, por ejemplo, en capas a escala nanométrica.The right roller (436) (equate to 416) is shown with a coating or lining (437) on the surface. The left roller (438) (equate to 418) is shown with a coating (439) on the surface. The right and left rollers (436 and 438) of the hybrid plasma treatment area (124) can, for example, be wrapped with a metal sheet (or incorporate a metal outer layer) that can be detached during the process by the hybrid plasma with high energy content or by the laser (second source of energy), creating a column that contains reactive metal plasma and can easily be fixed to the surface radicals of the substrate to create nanometric coatings with a metal composition in the substrate material. The metallic material (sheet, layer) can be subject to plasma controlled etching or ablation and the detached metal components can react with the plasma and deposit on the substrate, for example, in nanometric scale layers.
El material metálico que recubre ambos rodillos (436 y 438) puede consistir, por ejemplo, en titanio, cobre, aluminio, oro o plata, o en una combinación de estos. Es posible recubrir uno de los rodillos con un material y el otro rodillo, con otro material. También es posible recubrir distintas partes de los rodillos (436 y 438) con distintos materiales. En general, cuando se produce la ablación de estos materiales, forman un material precursor en forma de vapor en el área de tratamiento (124) (al contrario que el sistema de boquillas 322 y 422 que suministran material precursor en el área de pretratamiento [124]).The metallic material that covers both rollers (436 and 438) may consist, for example, of titanium, copper, aluminum, gold or silver, or a combination of these. It is possible to coat one of the rollers with one material and the other roller, with another material. It is also possible to cover different parts of the rollers (436 and 438) with different materials. In general, when ablation of these materials occurs, they form a vapor-shaped precursor material in the treatment area (124) (unlike the nozzle system 322 and 422 that supply precursor material in the pretreatment area [124 ]).
Características adicionalesAdditional characteristics
Aunque no se muestra expresamente, los materiales de acabado dispensados en el sustrato (102) tras el tratamiento mediante una energía híbrida (124) pueden exponerse inmediatamente a plasma secundario o plasma híbrido a fin de secar o sellar los materiales de acabado que se hayan dispensado tras la activación de la superficie mediante el plasma híbrido o a fin de conseguir una reacción en dichos materiales.Although not expressly shown, the finishing materials dispensed in the substrate (102) after treatment by a hybrid energy (124) can be immediately exposed to secondary plasma or hybrid plasma in order to dry or seal the finished materials that have been dispensed after surface activation by means of hybrid plasma or in order to achieve a reaction in said materials.
Aunque no se muestra expresamente, debe entenderse que pueden introducirse diversos gases, como 02, N2, H, CO2, Ar o He, o compuestos, como materiales a base de silano o siloxano, en el plasma, por ejemplo, en el área de tratamiento (124), para aportar diferentes características y propiedades deseadas al sustrato tratado.Although not expressly shown, it should be understood that various gases, such as 02, N2, H, CO2, Ar or He, or compounds, such as silane or siloxane-based materials, can be introduced into the plasma, for example, in the area of treatment (124), to provide different characteristics and desired properties to the treated substrate.
Para aportar propiedades antimicrobianas al material tratado, pueden incorporarse materiales precursores, como silanos o siloxanos sin base de plata y materiales de la familia del cloruro de aluminio, como cloruro de dimetiloctadecil[3- (trihidroxisilil)propil]amonio. Pueden utilizarse otros grupos de silanos o siloxanos para afectar a la hidrofobicidad, así como siloxonas y etoxisilanos (para incrementar la hidrofilicidad). El hexametildisiloxano aplicado en el plasma en la fase gaseosa puede alisar la superficie de las fibras textiles y aumentar el ángulo de contacto, que resulta indicativo del nivel de hidrofobicidad.To provide antimicrobial properties to the treated material, precursor materials, such as silanes or siloxanes without silver base and materials of the aluminum chloride family, such as dimethyloctadecyl chloride [3- (trihydroxysilyl) propyl] ammonium can be incorporated. Other groups of silanes or siloxanes can be used to affect hydrophobicity, as well as siloxones and ethoxysilanes (to increase hydrophilicity). The hexamethyldisiloxane applied in the plasma in the gas phase can smooth the surface of the textile fibers and increase the contact angle, which is indicative of the level of hydrophobicity.
Es posible emplear una pequeña presión negativa o un vacío parcial a presión atmosférica para arrastrar los componentes del plasma hacia los sustratos porosos y lograr una mayor penetración de dichos componentes en estos sustratos. La FIG. 3 muestra dicho sistema de succión, como una pletina (base) (324) sobre la que pasa el sustrato (102) en el área de tratamiento (124) y que puede disponer de varios orificios y estar debidamente conectada a un sistema de succión (no se muestra) para lograr el efecto deseado. La pletina (324) puede funcionar como uno de los electrodos que generan el plasma. Alternativamente, para llevar a cabo esta función, podría modificarse fácilmente un rodillo o un elemento similar (con orificios y conectado al sistema de succión).It is possible to use a small negative pressure or a partial vacuum at atmospheric pressure to drag the plasma components towards the porous substrates and achieve greater penetration of said components into these substrates. FIG. 3 shows said suction system, such as a plate (base) (324) over which the substrate (102) passes in the treatment area (124) and which can have several holes and be properly connected to a suction system ( not shown) to achieve the desired effect. The plate (324) can function as one of the electrodes that generate the plasma. Alternatively, to carry out this function, a roller or similar element could be easily modified (with holes and connected to the suction system).
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Debe entenderse que se trata de un proceso seco y con un bajo impacto medioambiental, y que los gases o componentes sobrantes o derivados son inherentemente seguros y pueden ser evacuados del sistema y reciclados o eliminados como resulte adecuado.It should be understood that it is a dry process with a low environmental impact, and that the leftover gases or components are inherently safe and can be evacuated from the system and recycled or disposed of as appropriate.
Se describe, por tanto, un método para tratar materiales con, al menos, dos fuentes de energía en el que dichas fuentes consisten en: 1) un plasma AP generado por el paso de varios gases a través de un campo electromagnético de alta energía y 2) al menos un láser que interactúa con dicho plasma para crear un «plasma híbrido». El láser puede funcionar en el rango de las longitudes de onda ultravioletas: a 308 nm o menos. El láser puede ser un láser de excímeros que opere con una potencia de salida de al menos 25 W, incluso a más de 100 W, más de 150 W y más de 200 W. El láser puede ser pulsado, por ejemplo, a una frecuencia de 25 Hz o superior, como 350-400 Hz, incluyendo los láseres de picosegundos y femtosegundos. Aunque solo se ha descrito la interacción de un láser con el plasma (y el sustrato), la invención contempla el posible uso de dos o más láseres.A method is therefore described for treating materials with at least two energy sources in which said sources consist of: 1) an AP plasma generated by the passage of several gases through a high energy electromagnetic field and 2) at least one laser that interacts with said plasma to create a "hybrid plasma". The laser can operate in the range of ultraviolet wavelengths: at 308 nm or less. The laser can be an excimer laser that operates with an output power of at least 25 W, even at more than 100 W, more than 150 W and more than 200 W. The laser can be pulsed, for example, at a frequency 25 Hz or higher, such as 350-400 Hz, including picosecond and femtosecond lasers. Although only the interaction of a laser with the plasma (and the substrate) has been described, the invention contemplates the possible use of two or more lasers.
Algunos ejemplos de parámetros para generar el plasma en el área de tratamiento son: 1-2 kW para el plasma generado a alta tensión y 500 mJ y 350 Hz para el láser ultravioleta a 308 nm, en una mezcla de gases de argón al 80 % y oxígeno o CO2 al 20 %.Some examples of parameters to generate the plasma in the treatment area are: 1-2 kW for the plasma generated at high voltage and 500 mJ and 350 Hz for the ultraviolet laser at 308 nm, in a mixture of 80% argon gases and oxygen or 20% CO2.
Además del láser, puede usarse una fuente ultravioleta, como una lámpara ultravioleta o una matriz de LED (diodos emisores de luz, por sus siglas en inglés) ultravioletas de alta potencia dispuestos a lo largo del área de tratamiento, para dirigir la energía al plasma AP y crear así un plasma híbrido y para interactuar con el material que se esté tratando (grabándolo o generando reacciones o síntesis).In addition to the laser, an ultraviolet source, such as an ultraviolet lamp or an array of high power ultraviolet LEDs (light emitting diodes) arranged along the treatment area, can be used to direct the energy to the plasma AP and thus create a hybrid plasma and to interact with the material being treated (recording it or generating reactions or synthesis).
En la descripción principal, se ha ilustrado el tratamiento de una cara (102a) de un material de sustrato (102) y se han descrito algunos ejemplos de tratamientos. La invención contempla que también pueda tratarse la cara inferior opuesta (102b) del material (102), por ejemplo, haciendo volver a pasar el material (102) por el área de tratamiento (124). Para tratar la segunda cara del material, pueden emplearse diversas fuentes de energía y distintos entornos, así como diferentes materiales precursores y de acabado. De este modo, pueden tratarse ambas caras del material. También debe entenderse que los tratamientos pueden sobrepasar la superficie del material que se trate para modificar o mejorar las propiedades del interior (el núcleo) del material. En algunos casos, tanto ambas caras del material como su interior pueden tratarse eficazmente desde un lado.In the main description, the treatment of a face (102a) of a substrate material (102) has been illustrated and some examples of treatments have been described. The invention contemplates that the opposite lower face (102b) of the material (102) can also be treated, for example, by passing the material (102) back through the treatment area (124). To treat the second side of the material, various energy sources and different environments can be used, as well as different precursor and finishing materials. In this way, both sides of the material can be treated. It should also be understood that the treatments can exceed the surface of the material in question to modify or improve the properties of the interior (the core) of the material. In some cases, both sides of the material and its interior can be treated effectively from one side.
El sistema también puede usarse para tratar materiales que no presenten forma de lámina, de hoja o de tela en rollo. Por ejemplo, el sistema puede servir para mejorar las propiedades ópticas y morfológicas de los diodos orgánicos emisores de luz (OLED, por sus siglas en inglés) mediante el recocido con energía híbrida. Estos artículos independientes se pueden transportar por el sistema en cualquier modo que resulte adecuado.The system can also be used to treat materials that are not in the form of a sheet, sheet or roll fabric. For example, the system can be used to improve the optical and morphological properties of organic light emitting diodes (OLEDs) by annealing with hybrid energy. These independent items can be transported through the system in any way that is appropriate.
Pueden aplicarse otros tipos de energía de manera combinada o consecutiva para mejorar la capacidad de procesamiento. Por ejemplo, el método para tratar materiales puede usar una combinación de al menos dos fuentes de energía, como microondas y láser, microondas y plasma generado por medios electromagnéticos, plasma y microondas o distintas combinaciones de plasma, láser y resonancia ciclotrónica de electrones (ECR, por sus siglas en inglés) con microondas pulsadas.Other types of energy may be applied in a combined or consecutive manner to improve the processing capacity. For example, the method of treating materials can use a combination of at least two energy sources, such as microwaves and lasers, microwaves and plasma generated by electromagnetic means, plasma and microwaves or different combinations of plasma, lasers and electron cyclotron resonance (ECR , for its acronym in English) with pulsed microwaves.
Las dos fuentes de energía pueden consistir en 1) un plasma atmosférico que utilice distintos gases ionizados que atraviesen campos electromagnéticos de alta energía, y 2) una fuente de luz ultravioleta que genere y dirija radiación hacia el plasma fuertemente ionizado y directamente a la superficie que vaya a tratarse. La fuente de luz ultravioleta puede consistir en una matriz de LED ultravioletas de alta potencia dispuestos a lo largo del área de tratamiento. Los LED ultravioleta de alta potencia pueden interactuar con el plasma para incrementar la energía del mismo, además de actuar directamente sobre el sustrato a fin de conseguir el grabado o una reacción en dicho sustrato.The two energy sources can consist of 1) an atmospheric plasma that uses different ionized gases that cross high-energy electromagnetic fields, and 2) an ultraviolet light source that generates and directs radiation to the strongly ionized plasma and directly to the surface that It will be treated. The ultraviolet light source may consist of a matrix of high power ultraviolet LEDs arranged along the treatment area. The high power ultraviolet LEDs can interact with the plasma to increase its energy, in addition to acting directly on the substrate in order to achieve etching or a reaction on said substrate.
Un sistema automatizado de manipulación del material puede transportar el material de manera controlada por los campos de energía creados mediante la combinación de las fuentes de energía.An automated material handling system can transport the material in a controlled manner by the energy fields created by combining the energy sources.
Pueden realizarse una serie de pasos en el proceso, como, por ejemplo:A series of steps can be performed in the process, such as:
Paso 1 (opcional): aplicación de precursorStep 1 (optional): precursor application
Paso 2: exposición a la energía híbridaStep 2: exposure to hybrid energy
Paso 3 (opcional): aplicación de material precursor o de acabadoStep 3 (optional): application of precursor or finishing material
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Paso 4: exposición a la energía híbridaStep 4: exposure to hybrid energy
En este proceso, todos los pasos se realizarían de manera consecutiva inmediatamente dentro del sistema.In this process, all steps would be performed consecutively immediately within the system.
La invención contempla la introducción de un sistema de suministro en el proceso capaz de añadir materiales precursores en fase de gas o vapor directamente en la zona de reacción del plasma.The invention contemplates the introduction of a delivery system into the process capable of adding precursor materials in the gas or steam phase directly into the plasma reaction zone.
Algunos ejemplos de parámetros del proceso de tratamientoSome examples of treatment process parameters
Tratamiento 1: hidrofilicidadTreatment 1: hydrophilicity
Material precursorPrecursor material
Fracción hidroxi de polidimetilsiloxano (fracción hidroxi de PDMS)Hydroxy fraction of polydimethylsiloxane (PDMS hydroxy fraction)
Alt. : copolímero (dimetilsiloxano y/o con mezcla de dimetilsilano)Alt .: copolymer (dimethylsiloxane and / or with dimethylsilane mixture)
LáserTo be
Frecuencia 250 Hz Potencia 380 mJ PlasmaFrequency 250 Hz Power 380 mJ Plasma
Gas portador argón 80 %Argon carrier gas 80%
Gas reactivo O2 20 %Reactive gas O2 20%
Caudal 15 l/min Presión ligeramente superior a 1 barFlow rate 15 l / min Pressure slightly higher than 1 bar
Potencia 2 kWPower 2 kW
Tratamiento 2: tintabilidad PrecursorTreatment 2: Precursor dyeability
Sin precursor u otros catalizadores precursores LáserWithout precursor or other Laser precursor catalysts
Frecuencia 250 HzFrequency 250 Hz
Potencia 380 mJ PlasmaPower 380 mJ Plasma
Gas portador argón 80 %Argon carrier gas 80%
Gas reactivo O2 o N2 20 %Reactive gas O2 or N2 20%
Caudal 15 l/min Presión ligeramente superior a 1 barFlow rate 15 l / min Pressure slightly higher than 1 bar
Potencia 2 kWPower 2 kW
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Tratamiento 3: hidrofobicidadTreatment 3: hydrophobicity
Precursor Mezcla de octametilciclotetrasiloxano/polidimetilsilano (polimetilhidrosiloxano soluble en aguaPrecursor Mixture of octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane (water soluble polymethylhydrosiloxane
mezclado con polidimetilsiloxano con éter poliglicólico soluble en agua o una combinación de los anteriores con polidimetilsiloxano). El uso de mezclas solubles en agua permite diluir los materiales con agua desionizada hasta las concentraciones necesarias en función de la aplicación, la relación coste-eficacia y los resultados obtenidos. Las mezclas solubles en agua pueden elaborarse con los correspondientes aditivos: esencialmente, se trata de métodos para mezclar el aceite con agua a fin de crear emulsiones, que se definen en general en función del tamaño del dispersante de la emulsión, esto es, como macro o micro (macro > 100 pm, micro < 30 pm).mixed with polydimethylsiloxane with water-soluble polyglycol ether or a combination of the above with polydimethylsiloxane). The use of water-soluble mixtures allows the materials to be diluted with deionized water to the necessary concentrations depending on the application, the cost-effectiveness and the results obtained. Water-soluble mixtures can be made with the corresponding additives: essentially, these are methods for mixing the oil with water in order to create emulsions, which are generally defined according to the size of the emulsion dispersant, that is, as a macro or micro (macro> 100 pm, micro <30 pm).
Alt. : copolímero (dimetilsiloxano y/o con mezcla de dimetilsilano)Alt .: copolymer (dimethylsiloxane and / or with dimethylsilane mixture)
LáserTo be
Frecuencia al menos 350 HzFrequency at least 350 Hz
Potencia al menos 450 mJPower at least 450 mJ
PlasmaPlasma
Gas portador nitrógeno, argón, helio 80 %Carrier gas nitrogen, argon, helium 80%
Gas reactivo CO2 o N2 2-20 %CO2 or N2 reactive gas 2-20%
Caudal 10-40 l/min Presión ligeramente superior a 1 bar Potencia 0,5-1 kWFlow rate 10-40 l / min Pressure slightly higher than 1 bar Power 0.5-1 kW
Tratamiento 4: propiedades ignífugas PrecursorTreatment 4: Precursor flame retardant properties
Copolímeros y terpolímeros basados en siloxano/silano y poliborosiloxano con compuestos inorgánicos clave, esencialmente óxidos de transición de titanio, silicio y circonio, y boro. También se incluye el boro con copolímeros y terpolímeros de siloxano, como el poliborosiloxano modificado con organosilicio/oxietil. Pueden usarse algunas mezclas de fósforo recientes basadas en composiciones de materiales limitadas, en función de los tipos de materiales de sutrato y los resultados esperados. Pueden usarse mezclas de octametilciclotetrasiloxano/polidimetilsilano soluble en agua mezclada con polidimetilsiloxano con éter poliglicólico soluble en agua o una combinación de los anteriores con polidimetilsiloxano, con los siguientes aditivos:Copolymers and terpolymers based on siloxane / silane and polyborosiloxane with key inorganic compounds, essentially transition oxides of titanium, silicon and zirconium, and boron. Boron is also included with siloxane copolymers and terpolymers, such as organosilicon / oxyethyl modified polyborosiloxane. Some recent phosphorus mixtures based on limited material compositions may be used, depending on the types of sutrate materials and the expected results. Mixtures of water soluble octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane mixed with polydimethylsiloxane with water soluble polyglycol ether or a combination of the above with polydimethylsiloxane can be used with the following additives:
- Aditivo de metaborato de calcio al silano/siloxano- Calcium metaborate additive to silane / siloxane
- Aditivo de óxido de silicio al silano/siloxano- Silane / Siloxane Silicon Oxide Additive
- Aditivo de tetraisopropanolato de titanio- Titanium tetraisopropanolate additive
- Dióxido de titanio (rutilo)- Titanium dioxide (rutile)
- Fosfato de amonio- Ammonium Phosphate
- Óxido de aluminio- Aluminum oxide
- Borato de zinc- Zinc Borate
- Fosfato de boro con oligómeros precerámicos- Boron phosphate with preceramic oligomers
- Aerogeles e hidrogeles, poliacrilatos reticulados de baja o alta densidad- Aerogels and hydrogels, cross-linked polyacrylates of low or high density
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Composiciones encapsuladas a escala nanométrica/micrométricaCompositions encapsulated on a nanometric / micrometric scale
Ejemplo: Dimetilsiloxano, alternativa o adicionalmente con dimetilsilano y con poliborosiloxano, con óxidos de transición añadidos en una concentración de entre el 5 y el 10 %, como TiO2, SiO2 (en forma pirógena, de gel o amorfa), Al2O3, etc. Los materiales precursores indicados pueden mejorar las propiedades ignífugas de los materiales en el sistema descrito en el presente documento utilizando un plasma híbrido (p. ej., con láser). La invención contempla la posibilidad de que los materiales precursores indicados en el presente documento mejoren las propiedades ignífugas (u otras propiedades) de los materiales en sistemas de tratamiento de materiales que utilicen un plasma que no sea híbrido (p. ej., sin láser).Example: Dimethylsiloxane, alternatively or additionally with dimethylsilane and with polyborosiloxane, with transition oxides added in a concentration of between 5 and 10%, such as TiO2, SiO2 (in pyrogenic, gel or amorphous form), Al2O3, etc. The indicated precursor materials can improve the flame retardant properties of the materials in the system described herein using a hybrid plasma (eg, with laser). The invention contemplates the possibility that the precursor materials indicated herein improve the flame retardant properties (or other properties) of the materials in material treatment systems using a non-hybrid plasma (e.g., without laser) .
LáserTo be
Frecuencia al menos 350 HzFrequency at least 350 Hz
Potencia al menos 450 mJPower at least 450 mJ
PlasmaPlasma
Gas portador nitrógeno, argón, helio 80 %Carrier gas nitrogen, argon, helium 80%
Gas reactivo CO2 o N2 2-20 %CO2 or N2 reactive gas 2-20%
Caudal 10-20 l/min Presión ligeramente superior a 1 bar Potencia 0,5-1 kWFlow rate 10-20 l / min Pressure slightly higher than 1 bar Power 0.5-1 kW
Tratamiento 5: propiedades antimicrobianas PrecursorTreatment 5: Precursor antimicrobial properties
de dimetiloctadecil[3- agua mezclada conof dimethyloctadecyl [3- water mixed with
polidimetilsiloxano con éter poliglicólico soluble en agua o una combinación de los anteriores con polidimetilsiloxano, con los siguientes aditivos:polydimethylsiloxane with water-soluble polyglycol ether or a combination of the above with polydimethylsiloxane, with the following additives:
- Cloruro de dimetiloctadecil[3-(trimetoxisilil)propil]amonio- Dimethyloctadecyl chloride [3- (trimethoxysilyl) propyl] ammonium
- Quitosano- Chitosan
Mezclas de siloxano/silano según la base de la hidrofobicidad, con la adición de cloruro (trimetoxisilil)propil]amonio. Mezcla de octametilciclotetrasiloxano/polidimetilsilano soluble enMixtures of siloxane / silane according to the hydrophobicity base, with the addition of (trimethoxysilyl) propyl] ammonium chloride. Mixture of octamethylcyclotetrasiloxane / polydimethylsilane soluble in
LáserTo be
Frecuencia al menos 350 HzFrequency at least 350 Hz
Potencia al menos 450 mJPower at least 450 mJ
PlasmaPlasma
Gas portador nitrógeno, argón, helio 80 %Carrier gas nitrogen, argon, helium 80%
Gas reactivo CO2 o N2 2-20 %CO2 or N2 reactive gas 2-20%
Caudal 10-20 l/min Presión ligeramente superior a 1 bar Potencia 0,5-1 kWFlow rate 10-20 l / min Pressure slightly higher than 1 bar Power 0.5-1 kW
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