اندازه‌گیری تغییرات سطحی و کم عمق پلی پروپیلن بر اثر پلاسمای تخلیه تابان

یاحقی, عفت; عزیزی, مریم; نوری دوگاهی, سیده مریم; بختیاری رمضانی, مهدیه; بیگانه, علی

اندازه‌گیری تغییرات سطحی و کم عمق پلی پروپیلن بر اثر پلاسمای تخلیه تابان

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

عفت یاحقی ¹

مریم عزیزی ¹

سیده مریم نوری دوگاهی ¹

مهدیه بختیاری رمضانی ²

علی بیگانه ³

¹ گروه فیزیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

² گروه گداخت ، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

³ گروه پژوهشکده فیزیک و شتابگرها،پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

چکیده

موضـوع تحقیـق: پلی‌پروپیلن یک پلیمر گرمانرم می‌باشد که در یک بازه گسترده از کاربردها شامل فیلم و ورق، قالب‌گیری‌دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌بندی غذایی، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و ساخت اجزاء خودرو مورد استفاده قرار دارد. در کاربردهای این پلیمر، بهبود خواص سطحی PP آن همواره مد نظر بوده است. یکی از روش‌های معمول بهبود خواص سطحی پلاسما است. پلاسما به لحاظ شیمیایی محیطی به شدت فعال است که در آن یون‌ها و رادیکال های زیادی وجود دارند. در این تحقیق برای افزایش خصلت آبگریزی پلی‌پروپیلن (PP) از پلاسمای تخلیه تابان فشار اتمسفری استفاده گردیده و تغییرات سطحی و عمقی PP مورد بررسی قرار گرفته است.

روش تحقیق: با تابش پلاسمای تخلیه تابان به سطح پلیمر PP با زمانه‌ای متفاوت تغییرات عمقی و سطحی بررسی شد. آزمون‌های FTIRو XRD برای بررسی تغییرات حجمی و FESEM برای بررسی تغییرات سطحی انجام شد. آبگریزی PPبا آزمون زاویه تماس (CA) بررسی شد و از طیف سنجی طول عمر پوزیترون (PALS) برای بررسی تغییرات عمقی کم استفاده شد.

نتایج تحقیق: نتایج نشان می‌دهد که پلاسمای سرد اعمال شده تغییرات حجمی در PP ایجاد نکرده، ولی باعث تغییرات سطحی و زبر شدگی آن شده است. زاویه تماس در این پلیمر از 1/0 ±1/30 به1/0 ± 4/34 افزایش پیدا کرده و آب گریزی سطح بیشتر شده است. بررسی تغییرات حفره‌ها با آزمون PALS نشان می‌دهد بعد از تابش پلاسما حجم حفره‌ها از Å³217 به Å³222 افزایش پیدا کرده و تعداد آنها کمتر شده‌است. این امر به علت گرمای ناشی از پلاسما و انرژی ذرات آن است.

کلیدواژه‌ها

پلاسما

پلیمر

پلی پروپیلن

طیف سنجی عمرسنج پوزیترون

تغییرات سطحی و کم عمق

موضوعات

فرایندهای شکل‌دهی

عنوان مقاله English

Measurement of Surface and Shallow depth Changes of Polypropylene Due to Gliding Discharge Plasma

نویسندگان English

Effat Yahaghi ¹

Maryam Azizi ¹

seyedeh Maryam Nori Dogahi ¹

mahdieh Bakhtiari Ramezani ²

Ali Biganeh ³

¹ Department of Physics, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

² Fusion Department, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran

³ Department of Physics and Accelerators Research Institute, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran

چکیده English

Research subject: Polypropylene (PP) is a thermoplastic polymer that is used in a wide range of applications, including films and sheets, blow molding, injection molding, food packaging, textiles, laboratory and medical equipment, pipes, industrial and construction applications, and the manufacture of automotive components. In the applications of this polymer, improving the surface of PP has been considered. One of the usual methods for improving the surface is the cold plasma method. Plasma is a chemically highly active environment where there are many ions and radicals. In this research, atmospheric pressure gliding discharge plasma was used to increase the hydrophobicity of PP and the surface and depth changes of PP were investigated.

Research approach: The depth and surface changes of PP were investigated by radiating the gliding discharge plasma to the PP polymer surface at the different times. FTIR and XRD tests were performed to investigate volume changes and FESEM investigated the surface changes. The hydrophobicity of PP was investigated by contact angle (CA) test and positron lifetime spectroscopy (PALS) was used to investigate shallow depth changes.

Main results: The results show that the applied cold plasma did not cause volumetric changes in PP, but caused surface changes and roughness. In this polymer, the contact angle has increased from 30.1 ± 0.1 to 34.4 ± 0.1 and the hydrophobicity of the surface has increased. Examining the changes in holes by PALS test shows that after plasma irradiation the volume of the holes increased from 217 Å³to 222 Å³ and their intensity decreased. This is due to the heat of the plasma and the energy of its particles.:

The results show that the cold plasma caused surface and depth changes and the contact angle increased from 30.1 ± 0.1 to 34.4 ± 0.1 and the hydrophobicity of the surface increased.

کلیدواژه‌ها English

plasma

Polymer

Polypropylene

1. اعظم رحیمی، آشنایی با پلیمرها و کاربرد آنها ، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، 1384
2. تری ال، ریچارد سون، پلاستیک‌های صنعتی، مترجمان: شیرین خسروی، مرتضی مضطرزاده، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، انتشارات یزد.
3. Adamson A. W., Alice A. P., and Gast P., Physical Chemistry of Surfaces, Wiley, USA, Chap. 12, 1997.
4. Khoee S. and Bageri Y., Surface Modification of Magnetite Nanoparticles via Click Reaction for Biomedical Application, Polymerization (In Persian). 5, 16-26, 2014.
5. Ali A.M., Hassan M.A.A., for Efficient Treatment of Industrial and Wastewater Sluge, Int. Organ. Sci., 10, 63-75, 2016.
6. Borcia C., Borcia G., Dumitrascu N., Plasma Induced Surface Modification in Relation to Polymer Characteristics, J. Optoelectron. Adv. Mater., 10(3), 675–679, 2008.
7. Fridman A., Nester S., K. Lawrence A., Saveliev A., Mutaf-Yardimci O., Gliding Arc Gas Discharge, Progress in Energy and Combustion Science, 25, 211–231, 1999.
8. ا. حاجی، ا. موسوی شوشتری، مقدمه ای بر عمل آوری با پلاسما و کاربرد آن در اصلاح خواص سطحی الیاف پلی پروپیلن، مجله علمی - ترویجی علوم و فناوری نساجی، سال چهارم، شماره ،4زمستان 1
9. Tuomisto F., Defect Identification in Semiconductors with Positron Annihilation: Experiment and theory, Rev. Mod. Phys., Vol. 85, No. 4, October–December 2013, pp. 1-49.
10. Mansuroglu D., Uzun-Kaymak I. U., Argon and nitrogen plasma modified polypropylene: Surface characterization along with the optical emission results. Surface and Coatings Technology, 358, 551–559, 2019.
11. Altuncu E., Üstel F., Esen S.G., Karayel E., Influence of oxygen and nitrogen plasma treatment on polypropylene (PP) bumper surface, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 77/1,18-23, 2016.
12. Pettersb K., Krause-Rehbergb R., Asharaful Alamd M., Studies of Interdiffusion in Polymer Blends by PALS, Radiation Physics and Chemistry, 68, 369–373, 2003.
13. Chen Zh., Wang Zh, Fu Q., Ma Zh, Fang P., He Ch., Microstructure and Surface State of Plasma-treated High-density Polyethylene Elucidated by Energy-tunable Positron Annihilation and Water Contact Angle Measurements, The Japan Society of Applied Physics, Proc. 2nd Japan-China Joint Workshop on Positron Science, JJAP Conf. Proc. 2, 011202 (2014) doi:10.7567/JJAPCP.2.011202
14. Gomathi N., Rajasekar R., Rajesh Babu R., Mishra D., Neogi S., Development of Bio/Blood Compatible Polypropylene Through Low Pressure Nitrogen Plasma Surface Modification; Materials Science and Engineering C 32 1767–1778, 2012.
15. Andrei V. Smirnov, Vsevolod S. Atkin1, Ilya A. Gorbachev, Alexander I. Grebennikov, Ilya V. Sinev and Viatcheslav V. Simakov., Surface Modification of Polystyrene Thin Films by RF Plasma Treatment; BioNanoSci. 7:680-685, 2017.
16. Novák I., Florián Š. Investigation of long-term hydrophobic recovery of plasma modified polypropylene. Journal of Materials Science 39, 2033–2036, 2004.
17. Lehocký M, Drnovská H., Lapčı́ková B. Barros-Timmons A.M, Trindade T., Zembala M, Lapčı́k Jr L, Plasma Surface Modification of Polyethylene, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 222, Issues 1–3, 30 July 2003, Pages 125-131
18. Biganeh A., Kakuee O., Rafi-Kheiri H., Lamehi-Rachti M., Sheikh N., Yahaghi E., Positron Annihilation Lifetime and Doppler broadening Spectroscopy of Polymers, Radiation Physics and Chemistry 166 ,2020, 108461.‏ https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108461
19. Azizi M., Bakhtiari Ramezani M., Yahaghi E., Nohekhan M., Effect of Plasma on Polyethylene by Positron Lifetime Spectroscopy, Iran. J. Polym. Sci. Technol., (In Persian), 35, 4, 380-390, 2022, DOI: 10.22063/JIPST.2022.3182.2162.