Μεταβολή επιφανειακών ιδιοτήτων φυσικών και συνθετικών υφασμάτων με πλάσμα χαμηλής και ατμοσφαιρικής πίεσης

Abstract

The last decade, the treatment of polyester textiles using plasma techniques has gained a lot of technological interest. The surface oxidation, the enhancement of hydrophilicity/ hydrophobicity and the deposition of antibacterial films are examples of technological plasma applications. The benefits of using the plasma techniques are enormous. The major ones are that is an environmental friendly method and at the same time is economical due to the reduction of energy and water consumption. Although, in the bibliography there are not sufficient studies relevant to the basic mechanism of the plasma treatment/deposition. In this direction, we focused our study on the effect of plasma He/O2 treatment in low values of pressure, targeting the enhancement of surface hydrophilicity, on the deposition conditions of Teflon-like and peo-like films, targeting the enhancement of hydrophobicity and antibacterial effect respectively. In more details, it was examined the effect of oxygen percentage in He/O2 mixture, the discharge time, the total pressure and the power in the alteration of surface properties. Furthermore, experiments were implemented in different pressure, discharge time, power and distance electrode conditions in order to achieve better hydrophobicity. At last, as far as the deposition of peo-like coatings were concerned, power, pressure and oxygen percentage were parameters under investigation. The alterations which took place in the gas phase and the most possible treatment/deposition mechanism were studied using diagnostic techniques such as electrical and optical measurements. On the other hand, for the investigation of physicochemical alterations on the surface, measurements such as xps, water droplet absorption and WCA were implemented. The best results are presented and are discussed as a function of plasma properties.

Την τελευταία δεκαετία, η επεξεργασία υφασμάτων με πλάσμα έχει αποκτήσει μεγάλο τεχνολογικό ενδιαφέρον καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορα στάδια της επεξεργασίας. Η οξείδωση της επιφάνειας, η ενίσχυση της υδροφιλίας ή της υδροφοβικότητας της και η αντιμικροβιακή δράση, είναι κάποια παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών. Τα πλεονεκτήματα της τεχνικής του πλάσματος σε σύγκριση με άλλες τεχνικές είναι ότι είναι φιλική προς το περιβάλλον και ταυτόχρονα οικονομική αφού μειώνει τις απαιτήσεις σε νερό και ενέργεια. Παρόλα αυτά δεν υπάρχουν στη βιβλιογραφία επαρκείς μελέτες σχετικά με τους βασικούς μηχανισμούς που διέπουν τη διεργασία. Σε αυτή την κατεύθυνση επικεντρώσαμε στη μελέτη της επίδρασης του πλάσματος He/O2 σε χαμηλές πιέσεις με στόχο την ενίσχυση της υδροφιλίας της επιφάνειας, στη διερεύνηση της επίδρασης του C2F6 πλάσματος για την ενίσχυση της υδροφοβικότητας καθώς και στο σχηματισμό PEO-like υμενίων για την βελτίωση της αντιμικροβιακής δράσης της επιφάνειας. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση του ποσοστού οξυγόνου στο μείγμα του αερίου, του χρόνου επεξεργασίας, της συνολικής πίεσης και της ισχύος του πλάσματος στην μεταβολή των επιφανειακών ιδιοτήτων και κυρίως στην ενίσχυση της υδροφιλικότητας πολυεστερικών υφασμάτων πριν και μετά από το αποκολλάρισμα τους. Για τη μελέτη της υδροφοβικότητας πραγματοποιήθηκαν πειράματα ως προς την συνολική πίεση, το χρόνο διεργασίας και την απόσταση των ηλεκτροδίων. Τέλος, για την ενίσχυση της αντιμικροβιακής δράσης της επιφάνειας μελετήθηκε η συνολική πίεση, η ισχύς καθώς και το ποσοστό του οξυγόνου στο μίγμα. Οι αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στην αέρια φάση και ο πιθανότερος μηχανισμός στον οποίο οφείλονται οι αλλαγές στην επιφάνεια του υποστρώματος μελετήθηκαν με την εφαρμογή διαγνωστικών τεχνικών του πλάσματος. Έτσι ηλεκτρικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της καταναλισκόμενης ισχύος και της εμπέδησης της εκκένωσης ενώ παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν οπτικές μετρήσεις με στόχο την καταγραφή των ειδών που παράγονται στην εκκένωση και την κατανομή τους στον χώρο. Από την άλλη μεριά για τη μελέτη των δομικών και φυσικοχημικών μεταβολών που υφίσταται η επιφάνεια κατά την επεξεργασία της με πλάσμα χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες Χ. Τέλος, μετρήσεις του ρυθμού απορρόφησης σταγόνας, γωνίες αδιαβροχίας και προσρόφηση πρωτεϊνών χρησιμοποιήθηκαν ως μέτρο εκτίμησης της υδροφιλίας, της υδροφοβικότητας και της αντιμικροβιακής δράσης αντίστοιχα. Τα βέλτιστα αποτελέσματα παρουσιάζονται και συζητούνται σαν συνάρτηση των ιδιοτήτων του πλάσματος