PLASMA MODIFICATION OF THE SURFACE OF POLYPROPYLENE FILMS AT ATMOSPHERIC PRESSURE

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Polymer self-adhesive materials are widely used in various industries (construction, medicine, packaging, automotive, advertising, electronics and consumer goods). Their popularity is due to their operational characteristics: resistance to external influences and ease of use. The results of studies of the surface properties of polypropylene (PP) films modified using low-temperature plasma of atmospheric pressure glow discharge are presented. The treatment time was 3, 5, 10, and 15 seconds, and the plasma was initiated in technical argon, air, and mixtures thereof in the proportions of 70:30, 50:50, and 30:70. The study shows that the plasma modification significantly improves the adhesive properties of polypropylene, doubling them compared to the original sample. The maximum adhesion performance (135.5 MJ/m2) of PP was achieved with modification in argon for 15 seconds, which doubled the adhesion properties compared to the initial sample. An increase in the processing time of more than 15 seconds does not affect the adhesive properties and the wetting edge angle. A mixture of argon and air was used to reduce argon consumption. The optimal 50:50 ratio ensured an edge wetting angle of 42 ± 1° and an adhesion of 127.9 MJ/m2 (close to the values of pure argon). An increase in the surface roughness of modified PP films was noted from 52.6 to 199.4 nm in argon, to 133.1 nm in an argon‒air mixture (50:50). Increasing the roughness facilitates the application of glue and strengthens the adhesive bond. The study investigated the kinetics of changes in the electret properties of PP films and their effect on adhesive properties. The results obtained during the study are recommended for the development of basic materials for self-adhesive products with improved performance properties.

About the authors

Kirill A. Demin

Institute of Physical Materials Science

Author for correspondence.
Email: kirill.demin.19992@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5102-7789
SPIN-code: 9090-8016
Russian Federation

Stepan S. Agnaev

East Siberian State University of Technology and Management

Email: stephanagnaev02@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-6155-957X
SPIN-code: 4032-7829

Sayan D. Dondukov

East Siberian State University of Technology and Management

Email: dondukov.s@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-5745-9626
SPIN-code: 3868-3460

Andrey N. Khagleev

Institute of Physical Materials Science

Email: khagleev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6540-7088
SPIN-code: 4394-0590

References

  1. Kostov K.G., Nishime T.M.C., Castro A.H.R., Toth A., Hein L.R.O. Surface modification of polymeric materials by cold atmospheric plasma jet. Applied Surface Science. 2014;314:367–375. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.07.009
  2. Nastuta A.V., Asandulesa M., Doroftei F., Dascalu I.-A., Varganici C.-D., Tiron V., To-pala I. Atmospheric Pressure Plasma Jet Exposure of Polylactic Acid Surfaces for Better Adhesion: Plasma Parameters towards Polymer Properties. Polymers. 2024;16(2):240.
  3. https://doi.org/10.3390/polym16020240
  4. Дёмин K.A., Хаглеев A.Н., Урханова Л.A., Хардаев П.K., Агнаев С.С., Дондуков С.Д. Модифицированные в плазме скользящей дуги гидроизоляционные полимерные пленки. Вестник ВСГУТУ. 2024;1(92):90–96.
  5. https://doi.org/10.53980/24131997_2024_1_90
  6. Mozetič M. Aging of Plasma-Activated Poly-ethylene and Hydrophobic Recovery of Polyethylene Polymers. Polymers. 2023;15(24):4668. https://doi.org/10.3390/polym15244668
  7. Berczeli M., Hatoss B., Kókai E. Surface treatment of polymer matrix nanocomposites for adhesion enhancement by cold plasma. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022;1246:012028.
  8. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1246/1/012028
  9. Vassallo E., Aloisio M., Pedroni M., Ghezzi F., Cerruti P., Donnini R. Effect of Low-Pressure Plasma Treatment on the Surface Wettability of Poly (butylene succinate) Films. Coatings. 2022;12(2):220. https://doi.org/10.3390/coatings12020220
  10. Хаглеев А.Н., Урханова Л.А., Буянтуев С.Л., Демин К.А., Мокеев М.А., Агнаев С.С. Влияние плазмы скользящей дуги на физико-механические свойства гидроизоляционного полиэтилена. Вестник ВСГУТУ. 2022;4(87):64–70. https://doi.org/10.53980/24131997_2022_4_64
  11. Aydemir C., Altay B.N., Akyol M. Surface analysis of polymer films for wettability and ink adhesion. Color Research and Application. 2021;46(2):489–499. https://doi.org/10.1002/col.22579
  12. Štěpánová V., Šrámková P., Sihelník S., Stu-pavská M., Jurmanová J., Kováčik D. The effect of ambient air plasma generated by coplanar and volume dielectric barrier discharge on the surface characteristics of polyamide foils. Vacuum. 2021;183:109887.
  13. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109887
  14. Григорьев А.Ю., Ефремова А.А., Гарипов Р.М. Изменение свойств поверхности полимерных пленок при кратковременной обработке полем коронного разряда. Промышленное производство и использование эластомеров. 2021;3:44–50.
  15. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-3-44-50
  16. Kelar J., Shekargoftar M., Krumpolec R., Homola T. Activation of polycarbonate (PC) surfaces by atmospheric pressure plasma in ambient air. Polymer Testing. 2018;67:428–434.
  17. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.03.027
  18. Shekargoftar M., Kelar J., Krumpolec R., Jurmanova J., Homola T. A Comparison of the Effects of Ambient Air Plasma Generated by Volume and by Coplanar DBDs on the Surfaces of PP/Al/PET Laminated Foil. IEEE Transactions Plasma Science. 2018;46(10):3653–3661. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2861085
  19. Vesel A., Zaplotnik R., Primc G., Mozetič M. Evolution of the Surface Wettability of PET Polymer upon Treatment with an Atmospheric Pressure Plasma Jet. Polymers. 2020;12(1):87. https://doi.org/10.3390/polym12010087
  20. Noeske М., Degenhardt J., Strudthoff S., Lommatzsch U. Plasma jet treatment of five polymers at atmospheric pressure: surface modifications and the relevance for adhesion. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2004;24:171–177.
  21. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2003.09.006
  22. Hamdi M., Saleh M.N., Poulis J.A. Improving the adhesion strength of polymers: effect of surface treatments. Journal of Adhesion Science and Technology. 2020;34(17):1853–1870.
  23. https://doi.org/10.1080/01694243.2020.1732750
  24. Qi L., Min W., Gao R., Li Z., Yu M., Sun Z. Optimization of interfacial bonding properties between thermoplastic liners and carbon fiber-reinforced composites by atmospheric-pressure plasma and failure mechanism study. Polymer Composites. 2023;44(4):2361–2378.
  25. https://doi.org/10.1002/pc.27249
  26. Черепанов К.А., Коротков С.Г. Термозащита и энергосбережение на основе использования нанодисперсного связующего. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2015;2(12):88–91.
  27. Кравец Л.И., Дмитриев С.Н., Апель П.Ю. Полипропиленовые трековые мембраны для микро- и ультрафильтрации химически агрессивных сред. I. Травление треков высокоэнергетичных ионов в полипропилене. Мембраны. Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2000:31.
  28. Химические свойства и модификация по-лимеров / Под ред. Г.С. Колесникова. Москва: Наука, 1964:287.
  29. Ананьев В.В., Перетокин Т.Н., Заиков Г.Е., Со-фьина С.Ю. Модификация адгезионных свойств полимерных пленок обработкой коронным разрядом. Вестник Казанского техно-логического университета. 2014;17(5):116–119.
  30. Василькин Д.П., Волкова В.П. Изменение свойств поверхности пленки полипропилена при обработке в струе плазмы атмосферного давления на основе тлеющего разряда постоянного тока. В кн.: Физика, техника и технология сложных систем. Тезисы докладов конференции. 2020:14–15.
  31. Абдуллина В.Х., Сергеева Е.А., Абдул- лин И.Ш., Тихонова В.П. Гидрофилизация полипропиленовой пленочной нити низкотемпературной плазмой пониженного давления. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2009;4:129–131.
  32. Kusano Y., Madsen B., Berglund L., Oksman K. Modification of cellulose nanofibre surfaces by He/NH3 plasma at atmospheric pressure. Cellulose. 2019;26(12):7185–7194.
  33. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02594-8
  34. Коновалова О.А., Хайдарова А.Р., Ибрагимов Р.Г., Салахов М.Х. Исследование модифицированных пористых мембран методом атомно-силовой микроскопии. Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. 2018;160(1):81–88.
  35. Pandiyaraj K.N., Selvarajan V., Deshmukh R.R., Gao C. Modification of surface properties of polypropylene (PP) film using DC glow discharge air plasma. Applied Surface Science. 2009;255(7):3965–3971. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.090

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Журнал «Вестник Сибирского государственного индустриального университета»

Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС77-77872 от 03.03.2020 г.

Журнал имеет международный стандартный номер сериального издания ISSN 2304-4497 (Print) и подписной индекс в каталоге «Урал-Пресс» – 41270

Учредитель:

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Адрес редакции:

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, г. Новокузнецк, Центральный район, ул. Кирова, зд. 42, Сибирский государственный индустриальный университет, каб. 483гт, тел. 8-950-270-44-88

Ответственный за выпуски: Запольская Е.М. 

Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет», г. Новокузнецк, Россия

Исключительные авторские права на статьи принадлежат авторам ©

Обработка персональных данных

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).