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

Los materiales compuestos de madera y plastico (WPCs) se obtienen por la mezcla de componentes de madera con polimeros reciclados o virgenes 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 automovil, y en cubiertas y tarimas para uso en exteriores. La presencia de componentes apolares debidos al polimero en la superficie de los WPCs hace que su adhesion sea pobre, por lo que la union de piezas de WPC o su pintado estan limitados. Una posibilidad para mejorar la pintabilidad asi como las propiedades de adhesion de los WPCs consiste en la realizacion de tratamientos superficiales con los que mejorar su adhesion 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 polimeros incluyendo la limpieza superficial con disolventes, los tratamientos mecanicos, los tratamientos quimicos, y los tratamientos con radiaciones (entre los que se encuentran el tratamiento de llama, el tratamiento con radiacion UV-ozono y los tratamientos de plasma a baja presion y presion atmosferica). Diversos tratamientos han sido empleados en la bibliografia para mejorar las propiedades superficiales y la adhesion de los WPCs incluyendo el tratamiento con agua, llama, acido cromico y una combinacion de tratamiento de llama y agua; sin embargo, existe una unica publicacion muy reciente que emplea el tratamiento con plasma de oxigeno a baja presion. En este trabajo se han estudiado las modificaciones tanto superficiales como de adhesion que producen distintos tratamientos superficiales usados en la bibliografia incluyendo el lijado, la llama, la radiacion 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 presion de los WPCs usando diferentes configuraciones de bandejas con una mezcla argon-oxigeno como gas plasmogeno. Una vez optimizado el tratamiento con plasma de baja presion se ha estudiado la influencia de la cantidad de matriz polimerica en el WPC y del tipo de matriz polimerica en el material compuesto en las propiedades superficiales tras realizar el tratamiento superficial y tambien en su adhesion. En esta tesis doctoral se han realizado distintos tratamientos superficiales a un WPC que contiene polietileno como matriz polimerica ya que es el mas empleado actualmente en la industria. Tras la realizacion de los tratamientos superficiales se caracterizo su superficie, observandose que todos los tratamientos superficiales mejoraban la adhesion debido principalmente a modificaciones en la rugosidad del WPC, a la creacion (sobre todo usando los tratamientos energeticos) de grupos polares superficiales y al incremento de la energia superficial, particularmente de su componente polar. El tratamiento superficial con plasma de Ar-O2 a baja presion mejora la adhesion de los WPCs independientemente de la configuracion de bandejas empleada (direct, secondary downstream), gracias a las modificaciones tanto quimicas (creacion de polaridad superficial, aumento de la componente polar de la energia superficial) como fisicas (eliminacion de polimero de la superficie, alteracion de la rugosidad, ablacion superficial) producidas por el tratamiento, sobre todo para tiempos de tratamiento superiores a 40 segundos. Aparte de la mejora en la adhesion del WPC, tambien se constato que las modificaciones producidas en la superficie del WPC por el tratamiento con plasma de Ar-O2 a baja presion se mantenian durante al menos 7 dias desde la realizacion del tratamiento, aunque se reducia ligeramente la mojabilidad y la adhesion tras transcurrir 1 dia desde la realizacion del tratamiento superficial. Se estudio la influencia del contenido en PE en el WPC en el tratamiento superficial con plasma de Ar-O2 de baja presion, concluyendo que el contenido de polietileno no influia sustancialmente en la efectividad del tratamiento. No obstante, el tipo de matriz polimerica empleada en el WPC determina las modificaciones en la composicion quimica superficial de los WPCs tratados con plasma de Ar-O2 a baja presion. Independientemente de la matriz polimerica, el tratamiento superficial mejoro la polaridad superficial, y aumento la energia superficial. La rugosidad tambien se modifico, 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 mas importante en los valores de adhesion, en particular para el WPC que contiene PE.