Organo-silicon coating deposition on polyethylene films by pulsed dielectric-barrier discharges

• Autorzy: Sentek J. , Rżanek-Boroch Z. , Brykała M. , Schmidt-Szałowski K.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie impulsywnego wyładowania barierowego do osadzania na folii polietylenowej powłok ze związków krzemu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Organo-silicon coatings deposition from tetraethoxysilane (TEOS) was conducted in pulsed dielectric barrier discharge (PDBD) for packaging polyethylene (PE) films tightening. A laboratory reactor was tested provided with a rotating cylindrical internal electrode bearing the PE film and with a dielectric barrier in the form of a cylindrical glass body was tested. The oxygen permeability of the films was examined after plasma treatment with different gases: He (I), TEOS+He (II), TEOS+He+ 5% O2 (III), TEOS+He+10% O2 (IV). For the film surface topography observations, atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The coating composition was examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with argon ion sputtering for the determination of individual element contents across the coating. It was found that under PDBD conditions both the treatment in helium plasma and the coating deposition from different TEOS+carrier-gas mixtures reduced the oxygen permeability of PE films.

PL

Badano plazmowy proces osadzania na powierzchni folii polietylenowej (PE) cienkich powłok uszczelniających złożonych ze związków krzemu. Powłoki osadzano pod ciśnieniem atmosferycznym w impulsowym wyładowaniu barierowym (PDBD) o częstotliwości 400Hz, w plazmie helowej lub helowo-tlenowej, używając jako substratu tetraetoksysilanu (TEOS). Zastosowany do osadzania powłok laboratoryjny reaktor (rys. 1), składał się z cylindrycznej obrotowej elektrody (na której umieszczano folię) oraz szklanego korpusu z umieszczoną elektrodą wysokonapięciową, pokrywającą tylko niewielką część powierzchni ściany reaktora (przekrój B - B, rys. 1). Dzięki ruchowi obrotowemu elektrody wewnętrznej, umieszczona na jej powierzchni folia przemieszcza się przez strefę wyładowania. Rzeczywisty czas przebywania folii w strefie wyładowania zależy od szerokości elektrody na zewnętrznej ścianie reaktora. Próbki wyjściowej folii oraz próbki folii z osadzonymi w różnych warunkach procesowych powłokami poddawano badaniom za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) (rys. 6 i 7), skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) (rys. 2 i rys. 5), rentgenowskiego spektroskopu fotoelektronowego (XPS) (rys. 10 i 11) oraz badaniom określającym własności barierowe w odniesieniu do tlenu (rys. 8 i 9). Stwierdzono, że w warunkach PDBD zarówno działanie samej plazmy helowej (I) na folię, jak i osadzanie powłok z mieszanin: TEOS+He (II), TEOS+He+ 5% O2 (III), TEOS+He+10% O2 (IV) zmniejszają przenikalność tlenu przez folię. Badania składu powłok metodą XPS (rys. 10 i 11) pokazują, że w ich warstwach powierzchniowych znajduje się SiO2. Świadczy o tym stosunek atomowy tlenu do krzemu (O/Si?2). W głębszych warstwach powłoki stosunek tlenu do krzemu zbliża się do jedności.

Słowa kluczowe

EN

thin films; permeation; coating thickness; polymer; pulsed dielectric barrier

PL

cienkie powłoki; przenikalność; polimer; grubość powłoki; impulsowe wyładowanie barierowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 55, nr 2
• Strony: 127--134
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Sentek J.

autor

Rżanek-Boroch Z.

autor

Brykała M.

autor

Schmidt-Szałowski K.

• Warsaw University of Technology Faculty of Chemistry ul. Noakowskiego 3, 00-662 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• 1. Zenkiewicz M.: Polimery 2008,53,3.
• 2. Hopfe V., Sheel D. W.: IEEE Trans. Plasma Sci 2007, 35,204.
• 3. Madocks J., Rewhinkle J., Barton L.: Mater. Sci. Eng. 2005, B 119, 268.
• 4. Creatore M., Palumbo E, d'Agostino R.: Pure Appl. Chem. 2002,74,407.
• 5. Foest R., Adler F, Sigeneger E, Schmidt M.: Surf. Coat. Technol. 2003,163 - 164C, 305.
• 6. Czeremuszkin G., Latreche M., Wertheimer M. R., da Siva Sobrinho A. D.: Plasmas Polym. 2001, 6,107.
• 7. Okazaki K., Nozaki T.: Pure Appl. Chem. 2002,74,447.
• 8. Opalinska T., Ulejczyk B., Karpinski L., Schmidt--Szalowski K.: Pol.J. Chem. Technol. 2002,4,30.
• 9. Ulejczyk B., Ekwinska M. A., Opalinska T., Karpinski L., Rymuza Z., Scholz M., Zukowska E., Schmidt--Szalowski K.: Czech. J. Phys. 2006, B 56,1383.
• 10. Sentek J., Krawczyk K., Kus M., Schmidt-Szalowski K.: Pol. J. Chem. 2005, 79,1539.
• 11. Sentek J., Oliriska K., Deptula H.: Pol. ]. Appl. Chem. 2005, 49,153.
• 12. Wrobel A. M., Walkiewicz-Pietrzykowska A., Wick-ramanayaka S., Hatanaka Y.: J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 2866.
• 13. Zajickova L., Brusickova V., Kucerova Z., Franclova J., Stahel P., Perina V., Mackova A.: J. Phys. Chem. Solids 2007, 68,1255.
• 14. Shujun Yang, Hong Yin: Plasma Chem. Plasma Process. 2007,27, 23.
• 15. Vinogradov I. P., Dinkelmann A., Lunk A.: Surf. Coat. Technol. 2003,174,509.
• 16. Borcia G., Anderson C. A., Brown N. M. D.: Appl. Surf. Sci. 2004,221, 203.
• 17. Foldes E., Toth A., Kalman E., Fekete E., Toma-sovsky-Bobak A.: J. Appl. Polym. Sci. 2000,76,1529.
• 18. Da Silva Sobrinho A. S., Czeremuszkin G., Latreche M., Wertheimer M. R.: Appl. Phys. A 1999,68,103.
• 19. Opalinska T., Ulejczyk B., Schmidt-Szalowski K.: IEEE Trans. Plasma Sci. 2009, 37, 934.
• 20. Schmidt-Szalowski K., Fabianowski W., Rzanek--Boroch Z., Sentek J.: J. Chem. Vap. Deposition 1998,6, 183.
• 21. Sentek J., Kus M., Schmidt-Szalowski K.: Przem, Chem. 2006, 85,258.