20582

۲۰۵۸۲

اصلاح سطح پليمر BOPP با استفاده از پلاسماي آرك لغزان و پلاسماي تخليه كم فشار اتمسفري

كارشناسي ارشد

فيزيك اتمي مولكولي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۲۱

دكتر اسماعيل اسلامي - دكتر محمدرضا خاني

فيزيك

در اين پژوهش هدف آب‌دوست كردن فيلم نازك پلي‌پروپيلن كشيده شده(BOPP) با استفاده از پلاسما سرد بود. پس از اثربخشي پلاسما به مقايسه دو دستگاه پلاسما به نام آرك لغزان و پلاسماي كم فشار اتمسفري پرداخته شد. هردوي اين راكتورهاي پلاسما نقش به‌سزايي در اصلاح سطح BOPP داشتند. در اين راستا جهت يافتن مدت زمان بهينه براي ماندگاري پلاسما روي فيلم، به مدت 4 هفته انرژي سطحي پليمر براي راكتور كم فشار اتمسفري نيز بررسي شد. آنچه كه در فرآيند اندركنش بين پلاسما و پليمر حايز اهميت است، تغيير در شيمي و فيزيك سطح بود كه با استفاده از آناليزهاي مختلف بررسي شد. براي تغييرات زبري از آناليز AFM استفاده شد كه در مجموع مي‌توان گفت هر دو راكتور زبري فيلم را كاهش دادند. آناليز ATR-FTIR وجود گروه‌هاي عاملي را بر روي فيلم نشان داد. جهت بررسي دقيق‌تر چگونگي تغييرات شيمي سطح از نتايج اثر پلاسماي آرك لغزان آناليز XPS انجام گرفت و كاملا شكل‌گيري گروه‌هاي عاملي را روي سطح نشان مي‌داد. آناليز EDX نيز افزايش درصد نيتروژن و اكسيژن را با افزايش زمان پردازش نشان داد براي مشاهده نحوه پراكندگي كربن، اكسيژن و نيتروژن از EDS Maping نيز استفاده شد. جهت بررسي بهتر تغييرات مورفولوژي از نمونه ها FE-SEM گرفته شد كه ايجاد نقش ترك‌هاي زيادي بر روي فيلم نشان مي‌داد. آناليز زاويه تماس افزايش آبدوستي را نزديك به صفر درجه براي زاويه بين آب و سطح نمونه را نشان داد. جهت ارزيابي پلاسما از تابش پلاسما طيفOES گرفته شد كه گونه‌هاي فعال اكسيژني و نيتروژني را به خوبي نشان داد از آن‌جايي كه اين نوع پليمر به دما حساس بود با استفاده از دوربين FLIR دماي نمونه در زمان‌هاي مختلف اندازه‌گيري شد و پلاسماي سرد تغيير محسوسي در تغيير دماي نمونه ايجاد ننمود. پلاسماي آرك لغزان و پلاسماي كم فشار اتمسفري هر دو در زمان‌هاي كمتر از 10 ثانيه براي رساندن فيلم‌ها به انرژي سطحي مدنظر براي صنعت چاپ و بسته‌بندي كافي بودند و پردازش در زمان‌هاي بالاتر جهت بررسي بيشتر مكانيزم‌هاي اندركش بين پلاسما و پليمر استفاده شد. نتايج حاصل از ماندگاري سطوح پردازش شده با پلاسماي كم فشار اتمسفري افت انرژي سطحي را با افزايش زمان ماندگاري نشان مي‌داد. كاربرد مستقيم واصلي اين پژوهش بهبود خواص سطحي فيلم پركاربرد BOPP براي صنايع چاپ و بسته‌بندي بود كه با اعمال پلاسما به ‌خوبي اين هدف محقق گرديد. واژه‌هاي كليدي: فيلم نازك، پلاسماي آرك لغزان، پلاسماي كم فشار اتمسفري، انرژي سحطي،گروه‌هاي عاملي، تغييرات زبري

1398/03/13

BOPP Polymer Surface Modification by Gliding Arc and low puresser atmospheric plasma

3/11/2020 12:00:00 AM

In this article, surface modification of BOPP has been carried out via two different plasma reactors; Dielectric Barrier Discharge (DBD) and Gliding Arc (GA). In depth and comprehensive analysis has been utilized to investigate the plasma-induces alterations of the surface characterstics. For studying the chemical compostion of the surfaces, FTIR, Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) have been used. For identifying the changes in the morphology of the surface, Atomic Force Microscopy (AFM) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) have been employed. Contact Angle measurement (CAM) has been done in sessile drop method to evaluate the degree of surface hydrophobicity/hydrophilicity and to calculate the Surface Free Energy (SFE) values. Samples have been analyzed by means of Grazing Incidence X-ray Diffraction (GIXRD) to assess the variations of the crystallinity due to plasma treatment. Moreover, Ageing and hydrophobic recovery of the modified surfaces were considered during specified period of time. The evaluation of the data collected in this work led to confirm that the plasma surface modification is an effective and reasonable method to improve the surface properties and adhesion of BOPP. However, the main acheivement of the current study was attaing a modification method based of gliding arc reactor that had minus aging and the hydrophilicity of surfaces was growingly improved after modification, even in long periods of time. Keywords: plasma modification, hydrophilicity, surface energy, roughness, agingtime, functional groupe, thin films