Surface Properties and Morphology of PET Treated by Plasma Immersion Ion Implantation for Food Packaging

Abstract

In this work, surface properties of PET (Polyethylene Terephthalate) modified by Plasma Immersion (PI), and Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) were studied. Nitrogen and sulfur hexafluoride plasmas were used in a vacuum system coupled to a radiofrequency (rf) generator (13.56 MHz). Infrared spectroscopy (ATR-FTIR) detected the presence of new molecular groups on the PET surface after the treatment. Measurements of the contact angle, Ɵ, revealed a strong dependence of the surface wettability on the plasma parameters, control of which allows the production of hydrophilic or hydrophobic surfaces. The ion fluence was modelled as function of the penetration depth using suitable software (SRIM 2008) and is useful to understand the damage caused by ion implantation of the PET (ρ = 1.39 g/cm 3). The optical transmittance of the treated material in the visible region, T (λ), depends on the gas used and the electrical configuration of the plasma. Water-vapor transmission rate (WVTR) revealed an increase in the barrier properties of the treated PET. PIII technique and N2 bombardment are more appropriate than plasma immersion and SF6 bombardment to increase T (λ) of PET in the visible region.

Análise comparativa entre o grau de molhabilidade dos polímeros reciclados PVC e PET tratados por imersão ou deposição de filmes orgânicos em plasmas fluorados

“…O mecanismo de incorporação de grupos polares contendo oxigênio, tais como carbonila e hidroxila, até mesmo outros radicais polares, pode fazer "ligação ou pontes de hidrogênio entre a gota de água (líquido de prova) e tais grupos ou vapor de água". Nesse sentido, pode haver inserção desses grupos à profundidade da ordem de mícrons, como de fato se detectou por FTIR ou XPS [8][9][10]20 . O interessante nesses trabalhos é que o tratamento superficial com gás inerte (nitrogênio) resultou na incorporação desses mesmos grupos contendo oxigênio, com uma incorporação mínima de 3% após os tratamentos.…”

“…Além da melhoria no caráter de molhabilidade, destaca-se a eficiência do tratamento em relação à deposição de filmes orgânicos (C:O:H) com vapor de isopropanol como precursor. Se o objetivo consistir na obtenção de superfícies hidrofílicas, que por sua vez também encontram aplicações tecnológicas interessantes [8][9][10] , o simples tratamento com gás inerte, no caso, nitrogênio, é mais interessante do que a produção dos referentes filmes sobre os polímeros.…”

“…Acredita-se que, após a deposição dos filmes de isopropanol/SF 6 , pode ocorrer a tendência de absorção de água ou vapor de água e a consequente redução do ϴ devido à deposição do filme que, por sua vez, pode ser explicado pela presença de hidrogênio e oxigênio incorporados à superfície, por meio de vapor de água, por exemplo, aumentando, portanto, o número de espécies químicas com mesma afinidade, ou seja, hidrogênio e oxigênio, induzindo à formação de pontes de hidrogênio. Com objetivo de se tornar estável após a deposição, a superfície tende a se reorientar pela migração das moléculas de cadeias curtas oxidadas e pela difusão de grupos funcionais oxidados em direção ao interior do material no PVC 8 no PET 9,10 .…”

“…O maior valor de ϴ foi observado para o PVC comercial tratado com diferentes valores de pressão de SF 6 , próximo a 140º. Esse valor está 20º acima do valor de ϴ encontrado em um estudo similar com condição termodinâmica muito próxima, com exceção da temperatura, em estudos similares já realizados pelos autores 9,10 .…”

“…No entanto, a hidrofilização melhora a adesão em processos como pintura, revestimento ou colagem 6 . Outros resultados sobre tratamentos superficiais hidrofóbicos-hidrofílicos por técnicas de plasma de baixa pressão em polímeros comerciais foram discutidos por Rangel 7 e Sant' Ana [8][9][10] .…”