Tratamiento superficial de materiales compuestos de madera y plástico (WPCs) para mejorar sus propiedades de adhesión

Resumen

Los materiales compuestos de madera y plástico (WPCs) se obtienen por la mezcla de componentes de madera con polímeros reciclados o vírgenes de diversa naturaleza, y el contenido de fibras oscila entre el 30 y el 70% en peso. El 90% de los WPCs actuales contiene polietileno (PE), mientras que el porcentaje restante contienen cloruro de polivinilo (PVC) o polipropileno (PP). Los WPCs tienen diversas aplicaciones, destacando su uso en mobiliario exterior, industria del automóvil, y en cubiertas y tarimas para uso en exteriores. La presencia de componentes apolares debidos al polímero en la superficie de los WPCs hace que su adhesión sea pobre, por lo que la unión de piezas de WPC o su pintado están limitados. Una posibilidad para mejorar la pintabilidad así como las propiedades de adhesión de los WPCs consiste en la realización de tratamientos superficiales con los que mejorar su adhesión a distintos adhesivos, recubrimientos y pinturas. Existe una gran diversidad de tratamientos superficiales que se emplean de forma habitual para el tratamiento superficial de los polímeros incluyendo la limpieza superficial con disolventes, los tratamientos mecánicos, los tratamientos químicos, y los tratamientos con radiaciones (entre los que se encuentran el tratamiento de llama, el tratamiento con radiación UV-ozono y los tratamientos de plasma a baja presión y presión atmosférica). Diversos tratamientos han sido empleados en la bibliografía para mejorar las propiedades superficiales y la adhesión de los WPCs incluyendo el tratamiento con agua, llama, ácido crómico y una combinación de tratamiento de llama y agua; sin embargo, existe una única publicación muy reciente que emplea el tratamiento con plasma de oxígeno a baja presión. En este trabajo se han estudiado las modificaciones tanto superficiales como de adhesión que producen distintos tratamientos superficiales usados en la bibliografía incluyendo el lijado, la llama, la radiación UV-ozono y la antorcha de plasma en diferentes WPCs de origen comercial; por otro lado, se ha estudiado de manera extensa el tratamiento de plasma de baja presión de los WPCs usando diferentes configuraciones de bandejas con una mezcla argón-oxígeno como gas plasmógeno. Una vez optimizado el tratamiento con plasma de baja presión se ha estudiado la influencia de la cantidad de matriz polimérica en el WPC y del tipo de matriz polimérica en el material compuesto en las propiedades superficiales tras realizar el tratamiento superficial y también en su adhesión. En esta tesis doctoral se han realizado distintos tratamientos superficiales a un WPC que contiene polietileno como matriz polimérica ya que es el más empleado actualmente en la industria. Tras la realización de los tratamientos superficiales se caracterizó su superficie, observándose que todos los tratamientos superficiales mejoraban la adhesión debido principalmente a modificaciones en la rugosidad del WPC, a la creación (sobre todo usando los tratamientos energéticos) de grupos polares superficiales y al incremento de la energía superficial, particularmente de su componente polar. El tratamiento superficial con plasma de Ar-O2 a baja presión mejora la adhesión de los WPCs independientemente de la configuración de bandejas empleada (direct, secondary downstream), gracias a las modificaciones tanto químicas (creación de polaridad superficial, aumento de la componente polar de la energía superficial) como físicas (eliminación de polímero de la superficie, alteración de la rugosidad, ablación superficial) producidas por el tratamiento, sobre todo para tiempos de tratamiento superiores a 40 segundos. Aparte de la mejora en la adhesión del WPC, también se constató que las modificaciones producidas en la superficie del WPC por el tratamiento con plasma de Ar-O2 a baja presión se mantenían durante al menos 7 días desde la realización del tratamiento, aunque se reducía ligeramente la mojabilidad y la adhesión tras transcurrir 1 día desde la realización del tratamiento superficial. Se estudió la influencia del contenido en PE en el WPC en el tratamiento superficial con plasma de Ar-O2 de baja presión, concluyendo que el contenido de polietileno no influía sustancialmente en la efectividad del tratamiento. No obstante, el tipo de matriz polimérica empleada en el WPC determina las modificaciones en la composición química superficial de los WPCs tratados con plasma de Ar-O2 a baja presión. Independientemente de la matriz polimérica, el tratamiento superficial mejoró la polaridad superficial, y aumentó la energía superficial. La rugosidad también se modificó, sobre todo para los WPCs preparados con PE y PP que inicialmente presentaban cierta rugosidad. En consecuencia, en estos dos WPCs se produjo la mejora más importante en los valores de adhesión, en particular para el WPC que contiene PE.