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MODIFICA DELLE PROPRIETA, SUPERFICIALI: I TRATTAMENTI A PLASMA.

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Presentazione sul tema: "MODIFICA DELLE PROPRIETA, SUPERFICIALI: I TRATTAMENTI A PLASMA."— Transcript della presentazione:

1 MODIFICA DELLE PROPRIETA, SUPERFICIALI: I TRATTAMENTI A PLASMA

2 CHE COS’È IL PLASMA ? Il plasma è il quarto stato della materia; è costituito da elettroni, ioni, molecole neutre, radicali e radiazione elettromagnetica. atomi Ioni negativi — Ioni positivi MolecolePlasma

3 PLASMA FREDDO (bassa temperatura) PLASMA FREDDO  si genera applicando una differenza di potenziale tra due elettrodi posti in una camera contenente un gas rarefatto. Permette il trattamento superficiale del substrato senza il deterioramento dello stesso (bassa temperatura) Proprietà di bulk inalterate (es: resistenza meccanica) COS’E’ IL PLASMA FREDDO? la temperatura elettronica è elevata mentre quella ionica è vicina alla temperatura ambiente. Data la differenza di massa tra ioni ed elettroni, si ha una temperatura nel plasma vicina alla temperatura ambiente.

4 I plasmi freddi Prodotti con un gas a pressioni inferiori di quella atmosferica  all’interno del reattore viene creato l’alto vuoto PLASMA di non equilibrio termodinamico  attraverso un generatore di corrente alternata si fornisce una differenza di potenziale al sistema antenna-corpo del reattore  immissione del gas scelto

5 Come si forma e agisce il plasma freddo?

6 Trattamenti a plasma freddo ANTENNA GENERATORE RF PIRANI BAYARD-ALPERT POMPA TURBOMOLECOLARE POMPA ROTATIVA INGRESSO Ar SUBSTRATO MATCHING BOX Parametri variati gas di processo pressione di lavoro potenza della radiofrequenza tempo di trattamento

7 Generalità sui trattamenti a plasma freddo Nell’ambito dei trattamenti sui materiali polimerici i trattamenti a plasma freddo rivestono sempre maggiore interesse in quanto: Sono trattamenti superficiali e lasciano le proprietà di bulk inalterate Sono trattamenti puliti: vengono impiegate basse quantità di reattivi e non viene fatto uso di solventi Sono trattamenti a temperatura ambiente, adatti a substrati organici degradabili (polimeri sintetici, fibre naturali)

8 GraftingDeposition < 100 nm Trattamenti a plasma per idro e oleorepellenza

9 VANTAGGI DEI TRATTAMENTI A PLASMA PER IL PACKAGING E LA CARTA Trattamento superficiale Non modifica le proprietà del bulk Trattamento veloce Non modifica l’ aspetto del materiale Non rilascia sostanze organiche o inorganiche Non prevede l’ impiego di reagenti chimici o solventi Trattamento a secco Vantaggioso dal punto di vista ambientale

10 IL PLASMA PER IL PACKAGING E LA CARTA: PROPRIETA ” Idrorepellenza Oleorepellenza Idrofilia Antifiamma Antibatteriche antimuffa Barriera al vapor d’ acqua, all’ ossigeno e ai gas Barriera agli aromi Barriera alla luce e agli UV I trattamenti a plasma possono conferire ai materiali da imballaggio e alla carta alcune proprieta’ tra cui

11 ESEMPI NEL SETTORE DEL PACKAGING E DEI MATERIALI LIGNOCELLULOSICI –ALIMENTARE –BIOMEDICALE –STAMPE –TISSUE –BENI CULTURALI idrorepellenza oleorepellenza barriera ai gas, all’ ossigeno, al vapor acqueo barriera alla luce, agli UV antibatterico, antifiamma antibatterico adesione di cellule adesione di proteine idrofilia antibatterico idrorepellenza antibatterico

12 Reattore per il trattamento a plasma di fogli di carta per imballaggio

13 APPLICAZIONI PER CARTE E PACKAGING IDROREPELLENZA

14 Trattamenti della carta per idro e oleorepellenza: plasma di SF 6 E’ noto dalla letteratura* che trattamenti su substrati polimerici con plasmi fluorurati possono impartire proprietà di idro e oleorepellenza. Tali trattamenti portano infatti alla sostituzione del legami C-H col legame C-F e quindi alla formazione di uno strato superficiale teflon-like F. Hochart et al, Applied Surface Science, 142 (1999) E. Selli et al, Journal of Materials Chemistry, 11 (2001) C-H h  e   I,  F ˙ -H˙ -C˙ F˙F˙ -C-F

15 Trattamenti della carta per idrorepellenza: plasma di esametildisilossano (HMDSO) -Si-O-Si-O-Si-O-Si- CH 3 Poli dimeltilsilossano Con ossigeno Senza ossigeno SiO 2 Silica-like Min Tae Kim, Thin Solid Films, 331 (1997) D. Hegemann et al, Plasmas and Polymers, Vol. 6, N° 4 (2001) 221. M. Walker et al, Vacuum, 57 (2000) C. Vautrin-Ul et al, Progress in Organic Coatings, 38 (2000) 9-15

16 Goccia d’ H 2 O dopo 1’ Goccia d’ H 2 O dopo 15’ Goccia d’ H 2 O dopo 30’ ESEMPIO DI TRATTAMENTI DELLA CARTA PER IDROREPELLENZA: VARIAZIONI DELL ASSORBIMENTO NEL TEMPO  = 135°  = 134°  = 128° Dopo 30 “ dalla deposizione di una goccia l’ angolo di contatto non varia L’ acqua non viene assorbita, ma evapora θ = 135 θ = 128 θ = 129 θ = angolo di contatto, maggiore é´il suo valore maggiore e´l´idrofilia

17 ESEMPI DI TRATTAMENTI DELLA CARTA PER IDROREPELLENZA: MISURE DEGLI ANGOLI DI CONTATTO ACarta assorbente BCarta sottile C Cartoncino ospedaliero per imballaggio DCarta di pura cellulosa Non e’ possibile valutare l’ angolo di contatto sul materiale non trattato

18 ESEMPI DI TRATTAMENTI PER IDROREPELLENZA:VALUTAZIONE DELL’ ASSORBIMENTO DELL’ ACQUA A Carta per imballaggio alimentare BCarta a bassa permeabilità C-FCartoncini per imballaggio

19 APPLICAZIONI SUI LEGNI PER I BENI CULTURALI PROTEZIONE DALL’ UMIDITA’

20 ANGOLO DI CONTATTO STATICO DI LEGNI FRESCHI INTEGRI E TRATTATI CON TECNOLOGIA A PLASMA LEGNI FRESCHI TRATTATI CON TECNOLOGIA A PLASMA ABETE66,9° ± 7°ABETE113,5 ° ± 5° TIGLIO57,5° ± 8°ABETE 2118,6 ° ± 4° PIOPPO62,6° ± 7°PIOPPO111,4 ° ± 2° CASTAGNO71,1° ± 2°CASTAGNO103,4 ° ± 2° ROVERE51,9° ± 2° VETRO: 33,1° ± 5° I valori sono la media di almeno 5 determinazioni

21 APPLICAZIONI SUI LEGNI PER I BENI CULTURALI Sezione sottile di un legni di abete trattato a plasma I pori superficiali sono pieni. sezione trasversale a 125X.

22 APPLICAZIONI PER IL PET MODIFICA DELLA RUGOSITA’

23 Immagini AFM (atom force microscopy) di un film di PET films (scan area 1  1  m 2 ): (a) superficie non trattata; (b) 7s superficie trattatta (a)(b) Formazione di cluster a forma globulare dovuti ad etching delle zone amorfe TRATTAMENTI A PLASMA DI UN FILM DI PET

24 Visione tridimensionale delle immagini AFM dei films di PET (scan area 1  1  m 2 ): (a) superficie non trattata (rms = 1.9 ± 0.3); (b) 17 s superficie trattata (rms = 16.5 ± 0.9) Incremento della rugosità : La rugosità aumenta di un fattore 8 (a) (b) TRATTAMENTI A PLASMA DI UN FILM DI PET

25 APPLICAZIONI PER IL PET AUMENTO DELL´IDROFILIA

26 Goccia d’ H 2 O su PET non trattato Goccia d’ H 2 O su PET trattato per 5 secondi Goccia d’ H 2 O su PET trattato per 12 secondi Goccia d’ H 2 O su PET tr attato per 17 secondi θ = 60 θ = 35 θ = 25 θ = 20 ESEMPIO DI TRATTAMENTI DEL PET PER BAGNABILITA´: VARIAZIONI DELL ASSORBIMENTO NEL TEMPO

27 Substrato (PP) Plasma Ar Substrato attivato O-O- Esposizione all’aria Formazione perossiradicali immersione CH 2 =CH-C-O-(CH 2 -CH 2 -O) n -H O acrylPEG + EtOH Plasma Ar PLASMA INDUCED GRAFT POLYMERIZATION CH 2 -CH-COO-PEG-OH Layer di AcrylPEG

28 ATTIVAZIONE A PLASMA TRATTAMENTO A PLASMA LAVAGGIO CON ETANOLO E ACQUA IN UN BAGNO A ULTRASUONI ATR, angolo di contatto, AFM, FIB-SEM, XPS METODO IMMERSIONE PER 10” IN SOLUZIONE DI ACRILPEG + EtOH PROPRIETA’ ANTI-FOULING CH 2 =CH-C-O-(CH 2 -CH 2 -O) n -H O Zanini S, Riccardi C, Orlandi M, Colombo C, Croccolo F. Plasma-induced graft- polymerisation of ethylene glycol methacrylate phosphate on polyethylene films, Polymer Degradation and Stability (2008), 93,

29 CONCLUSIONI Le applicazioni dei trattamenti a plasma nel campo del packaging consentono la realizzazione di superfici con proprieta’ innovative ed esclusive e sono: Versatili Additive o Sostitutive dei processi convenzionali Vantaggiose in termini di tempo risparmiato Molto vantaggiose per l´impatto ambientale


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