Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thin SixNyCz films deposited from hexamethyldisilazane by RF PECVD technique for optical filter applications

Oleśko K., Szymanowski H., Gazicki-Lipman M., Balcerzak J., Szymański W., Pawlak W., Sobczyk-Guzenda A.

Materials Science Poland

|

2018

|

Vol. 36, No. 1

56--68

EN

This work initiates a series of reports aimed at a construction of rugate optical filters based on silicon rich materials of alternating gradients of refractive index n with the help of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique, The idea is to start deposition of high refractive index SixNy type of material using hexamethyldisilazane (HMDSN) vapor and nitrogen rich atmosphere, and then to gradually replace nitrogen with oxygen in that atmosphere in order to lower n down to a minimum characteristic of SixOy type of material. A return to initial gas composition should increase the index back to its maximum. In the present work, thin SixNyCz films were synthesized from a mixture of HMDSN vapor with gaseous NH3 and N2. The effect of NH3/N2 ratio on the coating morphology, its elemental composition, chemical bonding and optical properties was studied using scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, ultra-violet absorption spectroscopy and variable angle spectroscopic ellipsometry. The results show that films of the highest index of refraction and the lowest extinction coefficient have been deposited from the gas mixture containing 90 % of ammonia. These coatings are also characterized by the lowest carbon and the highest nitrogen contents.

2

Thin SixCyNz:H coatings deposited with the RF PECVD method

Oleśko K., Szymanowski H., Gazicki-Lipman M., Balcerzak J., Sobczyk-Guzenda A.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 4

140--147

EN

Coatings of hydrogenated silicon nitride and silicon carbonitride find numerous applications stemming from their various useful properties which can be easily modified during the deposition process. In this work, the effect of discharge power on the physical properties of the coatings synthesized from organosilicone precursors is presented. Compared to explosively flammable silane, these precursors are safe and do not require costly safety measures installed in the equipment. The coatings investigated were deposited from hexamethyldisilazane (HMDSN) using radiofrequency plasma enhanced chemical vapour deposition in an atmosphere of such working gases as nitrogen, ammonia and hydrogen. HMDSN constitutes a valuable precursor since its saturated vapour pressure is relatively high (1.8 kPa at 25°C) and its molecule contains both silicon and nitrogen atoms. The coatings synthesized were broadly investigated with the help of such analytical techniques as variable angle spectroscopic ellipsometry (VASE), UV-Vis spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The effect of the glow discharge power on the coatings chemical structure and, therefore, on the magnitude of their refractive index was studied. It has been demonstrated that the discharge power strongly affects quantitative proportions between Si–N, Si–NH–Si, Si–O chemical bonds in the resulting films which, in turn, determine their index of refraction.

PL

Celem pracy było wytworzenie uwodornionych powłok węglikoazotku krzemu (SixNyCz:H) i zbadanie ich składu, struktury oraz właściwości optycznych. Materiały te są planowane jako składnik o wysokiej wartości współczynnika załamania światła (n) filtra optycznego z gradientem tego współczynnika. Składnikiem o małym współczynniku n będzie w tym układzie powłoka SiOxCy:H. Przejście od jednego materiału do drugiego będzie można uzyskać przez zmianę składu gazowej mieszaniny reakcyjnej z NH3/N2 na O2, przy zachowaniu stałego przepływu par prekursora krzemorganicznego. W pracy jako związek wyjściowy dla krzemu wykorzystano heksametylodisilazan (HMDSN). Do wytwarzania tego typu powłok metodą RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapour Desposition) najczęściej jest stosowany silan (SiH4). Ze względu na to, że jest to gaz wybuchowy doskonałą alternatywę dla tego prekursora stanowią związki krzemoorganiczne. We wcześniejszych badaniach autorów nad powłokami SixNyCz otrzymanymi z HMDSN, w optymalnych warunkach nanoszenia warstw uzyskano współczynnik n na poziomie 1,9. Głównym powodem tak małej wartości n była pozostałość ugrupowań węglowych w strukturze powłoki pochodzących od zastosowanego związku wyjściowego. Z punktu widzenia przyszłych zastosowań tych powłok jest to stanowczo za mała wartość. Z tego powodu zostały podjęte próby zwiększenia wartości współczynnika n przez dodawanie do mieszaniny reakcyjnej wodoru.

3

Modification of hydroxyapatite as a filler for PMMA bone cements

Rejs K., Laska-Leśniewicz A., Szymanowski H., Niedzielski P., Sobczyk-Guzenda A.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

37

4

Bactericidal properties of Cu doped TiO2 films deposited on medical stainless steel

Sobczyk-Guzenda A., Owczarek S., Jakubowski W., Jędrzejczak A., Gazicki-Lipman M., Szymanowski H.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 143 spec. iss.

75

5

Wpływ plazmochemicznie modyfikowanych nanorurek węglowych na właściwości wulkanizatów siarkowych kauczuku butadienowo-styrenowego

Gozdek T., Siciński M., Bieliński D. M., Okraska M., Szymanowski H., Piątkowska A.

Elastomery

|

2017

|

T. 21, nr 1

12--19

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących aktywowanego plazmą tlenową szczepienia funkcyjnych silanów: winylowego (Silan V) lub merkaptanowego (Silan M), na powierzchni funkcjonalizowanych wielościennych nanorurek węglowych (multi-walled carbon nanotubes, MWCNT): karboksylowanych (CNT-COOH) i hydroksylowanych (CNT-OH). Zbadano wpływ modyfikacji na swobodną energię powierzchniową MWCNT oraz jej składowe, jak również wpływ mocy plazmy na efektywność szczepienia silanów na aktywowanej powierzchni nanorurek. Stwierdzono, że silany wprowadzone na powierzchnię MWCNT mają wpływ na strukturę węzłów sieci przestrzennej siarkowych wulkanizatów kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR). Uzyskany efekt wzmocnienia wulkanizatów napełnionych zmodyfikowanymi plazmowo-chemicznie MWCNT polega na szczepieniu chemicznym silanów na ich powierzchni - zwiększających oddziaływania na granicy faz kauczuk-napełniacz, oraz pękaniu nanorurek - poprawiających ich dyspersję w kauczuku.

EN

The work presents results of studies devoted to plasma-activated grafting of silanes: vinyl- (Silane V) or mercapto- (Silane M) ones, onto the surface of functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNT): carboxylated (CNT-COOH) and hydrogenated (CNT-OH) ones. Influence of the modification on the free surface energy of MWCNT and its components, as well as the influence of plasma energy on the efficiency of silane grafting onto activated surface of nanotubes have been studied. The effect of silanes grafted onto the surface of MWCNT on crosslink structure of sulphur vulcanizates of styrene-butadiene rubber (SBR) has been confirmed. Obtained strengthening of the vulcanizates filled with plasma-chemically modified MWCNT has been explained by chemical grafting of silanes onto their surface - being responsible for an increase of interphase rubber-filler interactions and a scission of nanotubes - making their dispersion in rubber matrix improved.

6

Characterisation of the bone cements on the basis of PMMA and organosilicon polymers

Sobczyk-Guzenda A., Rejs K., Kamińska M., Kaczorowski W., Szymanowski H., Niedzielski P.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

99

7

Zastosowanie fosforanów wapnia w stomatologii

Kula Z., Laska A., Szymanowski H.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

54--56

PL

Fosforany wapnia zaliczane są do biomateriałów ceramicznych, resorbowalnych. Kości i zęby kręgowców zbudowane są z fosforanu wapnia, głównie z hydroksyapatytu. Zajmuje on szczególne miejsce pośród fosforanów wapnia, ze względu na wyjątkowe właściwości fizykochemiczne i biologiczne. Zarówno hydroksyapatyt (HAp), jak i ortofosforan (V) wapnia (TCP) są solami trójzasadowego kwasu ortofosforowego – H3PO4 . Dzięki właściwościom użytkowym znalazły szerokie zastosowanie w medycynie i stomatologii. Amorficzny fosforan wapnia dodawany jest do preparatów wybielających, stosowanych do metody nakładkowej oraz metody z wykorzystaniem lampy UV. Badania kliniczne dowodzą, że amorficzny fosforan wapnia (ACP) ma następujące właściwości: odbudowuje szkliwo poprzez wytworzenie nowej powłoki hydroksyapatytowej na powierzchni zębów, zmniejsza nadwrażliwość zębów, przywraca zębom połysk i wygładza ich powierzchnię oraz zmniejsza ryzyko nawrotu przebarwień.

EN

Calcium phosphates are among the ceramic biomaterials, resorbable. Bones and teeth of vertebrates are composed of calcium phosphate, mainly hydroxyapatite, which occupies a special place among the calcium phosphates, due to the unique physical, chemical and biological properties. Both the hydroxyapatite (HAp), as well as orthophosphate (V) phosphate (TCP) are salts of tribasic phosphoric acid - H3PO4. Excellent utility properties found wide application in medicine and dentistry. The amorphous calcium phosphate is added to the bleaching preparations used for the overlay method and the method using a UV lamp. Clinical studies show that the amorphous calcium phosphate (ACP) has the following characteristics: recovering, by creating a new enamel hydroxyapatite coating on the surface of the teeth, reduce hypersensitivity of the teeth, the teeth restores the gloss and smooth the surface and reduce the risk of recurrence of discoloration.

8

Foto-biodegradowalne kompozyty poli (kwasu L-mlekowego) i TiO2

Sobczyk-Guzenda A., Owczarek S., Kaczorowski R., Gazicki-Lipman M., Szymanowski H.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

46--49

PL

Wielofunkcyjne kompozyty składające się z polimerów oraz nieorganicznych nanododatków zmieniające pierwotne właściwości polimeru są uznawane za nowoczesne materiały, które można wykorzystać w wielu dziedzinach przemysłu oraz życia codziennego. Wpływ nanonapełniacza na modyfikację właściwości matrycy polimerowej zależy w dużym stopniu od kształtu i wielkości jego cząstek, cech powierzchniowych oraz co za tym idzie stopnia jego dyspersji. W przedstawionej pracy wytworzono kompozyty składające się ditlenku tytanu (IV) TiO2 oraz poli(kwasu mlekowego) (PLA). Użyto zarówno niemodyfikowany TiO2 oraz modyfikowany metodą RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Proces ten przeprowadzono przy dwóch przepływach metanu 15 i 30 sccm. W celu sprawdzenia efektywności modyfikacji wykonano badanie FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Badanie to potwierdziło obecność na powierzchni ziaren TiO2 grup -CH2 i -CH3. Gotowe kompozyty poddano badaniom właściwości mechanicznych takich jak statyczna próba na rozciąganie oraz pomiar udarności. Otrzymane wyniki dowiodły, że dodatek TiO2 zarówno modyfikowanego jak i niemodyfikowanego nie zmienia wytrzymałości na rozciąganie natomiast poprawia jego udarność. Obecność niemodyfikowanego TiO2 w matrycy PLA obniża nieco wartość kąta zwilżania gotowego kompozytu, a modyfikacja powierzchni TiO2 w plazmie metanowej prowadzi do zmniejszenia zwilżalności produktu końcowego.

EN

Multifunctional composites consisting of polymers or inorganic nanoadditions, which change the original properties of a polymer are considered to be modern materials for many industrial and daily life applications. An influence of a nanofiller on modification process of polymer matrix properties is strongly dependent on its particles shape and size, surface characteristics and in consequence its dispersion grade. In the present work composites consisting of titanium dioxide (IV) TiO2 and polylactic acid (PLA) were prepared. Unmodified TiO2 as well as modified one by RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition ) technique were used. Two different methane flow rates (15 and 30 sccm) were used during processes. In order to check the efficiency of modification process FTiR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) research was conducted. The results show that there are -CH2 and -CH3 groups present at the TiO2 grains surface. Mechanical properties like tensile testing and impact resistance of the composites were measured. The results prove that an addition of TiO2 (modified and unmodified) does not influence the tensile strength but improves impact resistance value. A presence of unmodified TiO2 in PLA matrix slightly reduces the water contact angle value for a composite. Methane plasma surface treatment leads to wetting properties reduction of a final product.

9

Aktywność antybakteryjna domieszkowanych srebrem powłok TiO2 wytwarzanych metodą RF PECVD

Owczarek S., Sobczyk-Guzenda A., Szymanowski H., Volesky L., Jakubowski W., Gazicki-Lipman M.

Engineering of Biomaterials

|

2014

|

Vol. 17, no. 128-129

64--66

PL

W ramach pracy wykorzystano metodę RF PECVD (Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) do wytworzenia powłok TiO2-Ag. Domieszkowanie ditlenku tytanu srebrem miało na celu intensyfikację właściwości fotokatalitycznych i bakteriobójczych wykazywanych przez ten materiał. Związkiem wyjściowym jonów srebra był acetyloacetonian srebra. Kontrola jego temperatury umożliwiła wytworzenie na podłożach krzemowych powłok o różnej zawartości srebra. Ze względu na to, że korzystny wpływ jonów srebra na powłokę TiO2 występuje przy ich niskim stężeniu, sterowano temperaturą sublimatora w taki sposób aby zawartość Ag w powłoce nie przekraczała kilku procent. Tak wytworzone powłoki zbadano na spektrometrze EDX (Energy Dispersive X-Ray) pod kątem składu chemicznego. Analiza wyników dostarcza informacji o wprost proporcjonalnym wzroście udziału atomów Ag do wzrostu temperatury ich związku wyjściowego. Po naświetleniu powłok światłem z zakresu UV określono wartość fotozwilżalności przez wodę oraz przeżywalności bakterii E. coli na ich powierzchni. Z badań kąta zwilżania wynika, że zaledwie kilkuminutowe naświetlanie promieniowaniem UV może wystarczyć do uzyskania przez powłokę właściwości superhydrofilowych. Najsilniejszą zwilżalność powierzchni wykazuje powłoka o najmniejszej zawartości srebra (0,03%). W przypadku badań bakteriobójczych czas naświetlania (2 lub 4 min.) promieniowaniem UV nie wpływa w sposób istotny na wartość przeżywalności bakterii. Bardziej istotnym czynnikiem jest zawartość srebra w powłoce - zbyt duża ilość powoduje obniżenie właściwości bakteriobójczych.

EN

In present work RF PECVD (Radio Frequency Chemical Vapour Deposition) technique was used to prepare TiO2-Ag coatings. The purpose of preparing silver doped titanium dioxide coatings was to step up photocatalytic and antibacterial properties of this substance. Silver acetylacetonate was the precursor of silver ions. Thanks to temperature control it was possible to prepare coatings of different Ag contain at silicon substrates. The temperature was controlled so that not to exceed a few percentage amount of silver in the coating, because its favourable influence on TiO2 coatings exists when concentration of silver ions is low. Coatings were examined under EDX (Energy Dispersive X-Ray) spectrometer to check atomic contain of elements. The results show that the percentage of Ag atoms increases directly proportionally to the temperature increase of its precursor. After exposition to UV radiation the water photo hydrophillic and bactericidal properties of coatings were measured. The water contact angle measurements have shown that super hydrophillic properties were obtained just after few minutes of UV radiation exposition. The coating of lowest silver contain (0,03%) exhibit the lowest water contact angle. In case of bactericidal studies the time of UV radiation (2 or 4 minutes) does not influence much the bacteria survival rate. Silver content is a more important factor - to big amount causes decreasing of antibacterial properties of the coating.

10

Wulkanizaty z dodatkiem napełniaczy modyfikowanych plazmochemicznie

Gozdek T., Bieliński D. M., Siciński M., Szymanowski H., Piątkowska A., Kwiatos K.

Elastomery

|

2014

|

T. 18, nr 2

10--16

PL

Dyspersja składników mieszanki w kauczuku jest istotnym zagadnieniem w technologii elastomerów. W wielu przypadkach niska energia powierzchniowa napełniacza potęguje efekt aglomeracji, przekładający się na właściwości mechaniczne wulkanizatu. Wstępne badania dowiodły, że można skutecznie poprawić dyspersję cząstek napełniacza w kauczuku oraz zwiększyć oddziaływania na granicy faz poprzez modyfikację powierzchni napełniacza. W pracy zaproponowano zastąpienie „mokrych" metod modyfikacji metodą plazmochemiczną. Zastosowana w badaniach plazma niskotemperaturowa pozwala efektywnie modyfikować materiał z dobrą wydajnością oraz bez generowania odpadów, co musi zostać docenione w kontekście zastosowań przemysłowych i dbałości o stan środowiska naturalnego.

EN

Dispersion of components in rubber is an important issue in elastomer technology. In many cases low surface energy of fillers increases the agglomeration effect, which is reflected by mechanical properties of vulcanizates. Preliminary studies have proved, that modification of filler surface can successfully improve the degree of their dispersion in rubber matrix. This work proposed to replace "wet" chemical treatment by plasmochemical method. Low-temperature plasma applied allows for effective and efficient modification of the materials. Pollution-free nature of this kind of modification, together with environmental protection issues are important for potential industrial applications.

11

Obróbka hydrotermalna powłok HAp

Górska M., Maniukiewicz W., Szymanowski H., Niedzielska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

443--446

PL

Hydroksyapatyt (HAp), jedna z odmian fosforanów wapnia, stanowi główny składnik kości i zębów. Tworzy ich mineralną macierz i nadaje im sztywność. Należy do grupy najlepszych biomateriałów. Syntetycznie wytwarzany HAp ma jednak wady, takie jak: kruchość, słaba adhezja do podłoża, mała wytrzymałość mechaniczna i mały stopień krystaliczności. Wady te w znacznym stopniu ograniczają jego zastosowanie. Celem badań było określenie wpływu modyfikacji za pomocą obróbki termicznej i hydrotermalnej cienkich powłok hydroksyapatytu nałożonych na stop tytanu Ti6Al7Nb oraz na stopu tytanu z warstwą węglową Ti6Al7Nb/C. Przeprowadzono również wygrzewanie hydrotermalne samego proszku HAp w celu sprawdzenia wzrostu krystalitów. Zadaniem obróbki termicznej i hydrotermalnej jest głównie zwiększenie stopnia krystaliczności, dzięki czemu poprawiają się właściwości mechaniczne, chemiczne oraz biologiczne HAp. Do badań przygotowano dwa rodzaje próbek na podłożu metalicznym w układach Ti6Al7Nb/HAp oraz Ti6Al7Nb/C/HAp, które poddano wygrzewaniu w piecu, w środowisku suchym, w atmosferze azotu oraz wygrzewaniu hydrotermalnemu w autoklawie. Wygrzewanie hydrotermalne uzależniono od parametrów, takich jak czas ekspozycji oraz pH wody. W badaniach wygrzewano również hydrotermalnie proszek hydroksyapatytowy, uzależniając proces wygrzewania od czasu ekspozycji w autoklawie. Wygrzewanie w piecu pomimo licznych doniesień literaturowych nie przyniosło oczekiwanych efektów. Naniesione powłoki uległy w dużej części zniszczeniu, a podłoże utleniło się. Przyczyną mogła być zbyt mała ich grubość oraz niedostateczna adhezja. Obiecujące wyniki przyniosło Wygrzewanie hydrotermalne. Niezależnie od środowiska wygrzewania (zasadowe, kwaśne) hydroksyapatytowe powłoki zwiększyły stopień krystaliczności. Jednocześnie ze wzrostem struktur krystalicznych następowało stopniowe odkrywanie podłoża. Jest to związane z pobieraniem materiału do krystalizacji z najbliższego otoczenia. Poddane obróbce hydrotermalnej proszki HAp zostały zbadane metodą XRD. Badanie wykazało wzrost wielkości krystalitów oraz zwiększenie ilości fazy krystalicznej.

EN

The subject of the present work is hydroxyapatite (HAp), a material constituting the main component of bones and teeth, forming their mineral matrix and determining their rigidity. A member of the calcium phosphate family, the compound is one of the best biomaterials. However, synthetic brands of HAp are characterized by a number of setbacks such as: brittleness, poor adhesion, low mechanical strength, and low degree of crystallinity, which severely restrict their applications. The aim of the study was to investigate the effect of thermal and hydrothermal annealing of thin hydroxyapatite ﬁlms deposited on titanium alloy Ti6Al7Nb and on carbon coated titanium alloy Ti6Al7Nb/C. In addition, hydrothermal annealing of HAp powder was also carried out in order to com- pare different conditions of a growth of crystalline phase. Both thermal and hydrothermal annealing processes are cited in the literature as methods of improving the above mentioned HAp properties by means of increasing its degree of crystallinity. Two types of samples, namely those of Ti6Al7Nb/HAp and Ti6Al7Nb/C/ HAp geometry, were subj ected to both dry thermal annealing at 870°C in an oven and hydrothermal annealing at 134°C in an autoclave. Hydrothermal annealing was carried out using exposure time and water pH as operational process parameters. Autoclave exposure time was also used as a parameter in the case of hydrothermal annealing of hydroxyapatite powder. Thermal annealing in the oven did not produce expected results. The coatings were destroyed and the substrates oxidized. Much more promising results were obtained in the case of hydrothermal processing. Independent of the environment (either basic or acidic), the HAp material underwent crystallization. However, the larger was the crystallite size, the more fraction of a substrate remained uncoated. Evidently, material for the crystallization was collected from the crystallite direct neighborhood.

12

Kompozyty elastomerowe z dodatkiem grafenu lub MWCNT modyfikowanych plazmochemicznie

Siciński M., Bieliński D., Szymanowski H., Piątkowska A., Kleczewska J., Gozdek T., Kwiatos K.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

854--858

PL

W pracy przedstawiono wyniki prób plazmochemicznej modyfikacji powierzchni nanonapełniaczy węglowych: wielościennych nanorurek węglowych MWCNT i grafenu w celu poprawy efektywności ich działania jako aktywnych napełniaczy kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR). Zbadano wpływ czasu obróbki MWCNT i grafenu w plazmie tlenowej (100 W/ 20 cm3/s) na energię powierzchniową oraz morfologię powierzchni napełniaczy (SEM). Oczekiwany efekt zwiększenia wytrzymałości wulkanizatów SBR uzyskano jedynie w odniesieniu do kompozytów zawierających modyfikowane MWNCT, co zostało wytłumaczone znacznym wzrostem ich energii powierzchniowej i pękaniem nanorurek, ułatwiającym dyspergowanie w matrycy kauczuku.

EN

The paper presents results of plasmochemical modification of carbon fillers surface: multiwall carbon nanotubes (MWCNT) and graphene, in order to improve their effectiveness as active fillers for styrene-butadiene rubber (SBR) mixes. The influence of the time of treatment in oxygen plasma (100 W/20 sccm) on surface energy, and morphology of filler surface (SEM) were analysed. Expected effect on tensile strength of SBR vulcanizates was obtained only in the case of composites containing modified MWCNT. It has been explained by significant increase of surface energy of filler particles associated with breaking of nanotubes, making their dispersion in elastomer matrix easier.

13

Jak wymieszać niemieszalne, czyli rzecz o modyﬁkacji napełniaczy polimerowych

Szymanowski H., Bieliński D., Gazicki-Lipman M., Siciński M., Sobczyk-Guzenda A.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

551--554

PL

Nowoczesne technologie (np. lotnicze, kosmiczne) intensywnie poszukują nowych materiałów kompozytowych opartych na polimerach. Poprawa właściwości mechanicznych i użytkowych wymaga stosowania materiałów nazywanych napełniaczami. To one wpływają na właściwości kompozytu. Aby jednak dobrze spełniły swoją rolę muszą być spełnione dwa warunki, często bardzo trudne do osiągnięcia. Po pierwsze, napełniacz musi być homogenicznie zdyspergowany w matrycy polimerowej oraz (drugi warunek) posiadać silne oddziaływania na granicy faz napełniacz-polimer. Duża wartość powierzchniowej energii swobodnej napełniaczy powoduje, że mają one tendencje do aglomeracji. Także brak aktywnych grup chemicznych na powierzchni cząstek napełniacza powoduje, że nie są one zdolne do tworzenia wiązań chemicznych z polimerem. Obecnie eliminacja zjawiska tworzenia aglomeratów polega na zastosowaniu dużych naprężeń ścinających w trakcie sporządzania kompozytów, co umożliwia mechaniczną separację cząstek napełniacza. Altematywnym i nowoczesnym rozwiązaniem istniejącego problemu jest modyfikacja, która spowoduje zwiększenie liczby oddziaływań zewnętrznych napełniacz-polimer, polegająca na implementacji na powierzchni napełniacza aktywnych grup chemicznych lub szczepieniu cząsteczek, których obecność sprzyja oddziaływaniom matrycą polimerową. Pomimo znacznego postępu kompozyty polimerowe ciągle stwarzają problemy podczas ich sporządzania. Próby funkcjonalizacji powierzchni nanocząstek za pomocą obróbki chemicznej kończą się najczęściej ich aglomeracją. Efektywne metody laboratoryjne są natomiast bardzo wyrafinowane i trudne do zastosowania na większą skalę. Jest to najprawdopodobniej przyczyną ciągle ograniczonego, przede wszystkim do zastosowań specjalnych (głównie materiałów konstrukcyjnych stosowanych w lotnictwie), obszaru aplikacji nanokompozytów polimerowych. Na tym tle plazmochemiczna modyﬁkacja powierzchni cząstek napełniacza stanowi nowoczesną metodę, którą można porównać do modyﬁkacji chemicznej. Wielką zaletą metody jest to, że nie wymaga szkodliwych i agresywnych ciekłych odczynników chemicznych.

EN

Modem (i.e. aircraft, space) industries are preoccupied with an intensive search for new, polymer based, composite materials. An improvement of mechanical as well as utility properties of these materials requires an application of ﬁllers. However, in order for a ﬁller to successfully ful ﬁll its functions, two conditions, of ten difﬁcult to accomplish, have to be met. First, the ﬁller has to be homogenously dispersed in the matrix and, secondly, there must be strong interactions at the polymer/ﬁller interface. High surface energy values of a ﬁller make its particles easily agglomerate. In addition, an absence of chemical functions on their surface is a reason for the filler's inability to form chemical bonds With the polymer. Today, the method of preventing agglomeration consists in an application, in a process of blending, of high shear stress thus enabling mechanical separation of ﬁller particles. An altemative and modem solution of the problem is a ﬁller modiﬁcation, consisting either in a surface implantation of functional groups or in surface grafting ofentire molecules, which should subsequently interact with the polymer. Despite a substantial progress, polymer composites still create technological problems. Efforts aimed at wet chemical functionalization of nanoparticles often end up with their agglomeration. Effective laboratory procedures, on the other hand, are usually sophisticated and difﬁcult to apply on an industrial scale. This is very likely a reason for a limited (basically to special purpose materials used in aerospace industry) range of applications of polymer nanocomposites. Compared to this, plasma chemical modiﬁcation of the ﬁller surface constitutes a modem method, quite competitive to the wet chemical processing. Its large advantage is the fact that it operates with small quantities of gases and does not need large volumes of aggressive liquid chemicals.

14

Wykorzystanie metody RF PECVD do modyfikacji ditlenku tytanu jako napełniacza fotodegradowalnych polimerów syntetycznych stosowanych w medycynie

Sobczyk-Guzenda A., Gazicki-Lipman M., Szymanowski H.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 122-123 spec. iss.

26--29

PL

Celem pracy była ocena wpływu modyfikacji plazmo-chemicznej sproszkowanego ditlenku tytanu (TiO2) na zmianę jego zwilżalności, właściwości mechanicznych oraz szybkości fotodegradacji polimeru syntetycznego z dodatkiem TiO2. Użyto komercyjny ditlenk tytanu - Aeroxide P25. Modyfikacja przeprowadzona była w plazmie metanowej w zakresie mocy wyładowania jarzeniowego od 20 do 200 W, przy stałym przepływie metanu i czasie trwania procesu. Badania zwilżalności dowiodły, że proszki modyfikowane wykazują zmniejszającą się tendencję do sorpcji wody, osiągając wartość progową przy mocy 100 W, po przekroczeniu której ich zdolność do pochłaniania wody znacznie wzrastała. Mieszanki polistyrenu (PS) wykonane zostały przy dwóch stężeniach TiO2 2 i 6%. Do badań użyto TiO2 modyfikowanego przy mocy 40 i 100 W. Zaobserwowano zwiększenie wytrzymałości na zerwanie dla kompozytu TiO2+PS w porównaniu do czystego PS. Z kolei modyfikacja przy mocy 100 W poprawiła znacznie właściwości mechaniczne w porównaniu do niemodyfikowanego TiO2. Przeprowadzony proces fotodegradacji dowiódł, że mieszanina modyfikowanego TiO2+PS przy mocy 100W wykazała najsilniejszy efekt degradacji ujawniający się największym ubytkiem masy po naświetlaniu światłem z zakresu UV-B w stosunku do niemodyfikowanego TiO2+PS.

EN

The aim of the work was an assessment of the effect of plasma chemical modification of titanium dioxide (TiO2) powder on its wettability as well as on mechanical properties and rate of photodegradation of TiO2 filled synthetic polymer. As a filler, a titanium dioxide powder Aeroxide P25 was used. Filler modification was carried out in methane plasma using the glow discharge power of 20-200 Watt and a constant methane flow rate and process duration. Wettability measurements showed that plasma modified powders had a decreasing tendency towards water sorption, however, only to a power threshold of 100 Watt, above which their sorption ability substantially increased. Polystyrene blends (PS) with TiO2 at two concentrations, namely those of 2% and 6%, were prepared. Titanium dioxide filler samples modified at the power level of either 40 Watt or 100 Watt were used for testing. An increase of tensile strength of a TiO2/PS composite, with respect to plain PS, was observed. On the other hand, plasma modification of the filler, carried out at 100 Watt, substantially improved mechanical properties of the composites, compared to those filled with a nonmodified material. Photodegradation studies showed the strongest effect, consisting in the largest loss of mass following an exposure to UV-B radiation, for the samples of PS filled with TiO2 modified at 100 Watt.

15

Bakteriobójcze powłoki ditlenku tytanu z dodatkiem żelaza

Sobczyk-Guzenda A., Szymanowski H., Owczarek S., Kawczyński M., Gazicki-Lipman M.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 122-123 spec. iss.

30--33

PL

Celem pracy było określenie wpływu ilości żelaza zawartego w wygrzewanych powłokach ditlenku tytanu (TiO2) wytworzonych w procesie RF PECVD (radio frequency plasma enhanced chemical vapour deposition) na ich właściwości optyczne oraz bakteriobójczość. Powłoki nanoszone były na podłoża krzemowe przy stałej mocy wyładowania jarzeniowego - 300 W, czasie trwania procesu - 30 min., przepływie tlenu - 50 sccm oraz ilości dostarczanego chlorku tytanu (IV) w temperaturze 0oC (związku wyjściowego dlaTiO2). Zmiennym parametrem był przepływ par pentakarbonylku żelaza (prekursora dla atomów żelaza). Otrzymano powłoki o następującej zawartości atomowej żelaza: 0,1%, 0,4%, 0,8% 1,1%, 2,3%, 5,6%, 11,5%, 27,3%. Badania elipsometryczne wykazały znaczący wpływ zawartości żelaza na zmianę parametrów współczynnika załamania światła, współczynnika ekstynkcji oraz grubości powłok. Najsilniejszy efekt bakteriobójczy wykazała powłoka o zawartości 0.4% Fe. Ponadto można było dostrzec tendencję spadku przeżywalności wraz ze zmniejszeniem ilości żelaza w powłoce.

EN

The aim of the work was to determine the effect of iron content in thermally annealed titanium dioxide (TiO2) coatings, synthesized with the radio frequency plasma enhanced chemical vapour deposition (RF PECVD) method, on their optical and bactericidal properties. The coatings were deposited onto silicon substrates at the following constant operational parameters: glow discharge power of 300 Watt, oxygen flow rate of 50 sccm titanium tetrachloride (TiO2 precursor) evaporation temperature of 0oC and process duration of 30 minutes, with the variable parameter being the flow rate of iron pentacarbonyl, a source of iron atoms. Coatings characterized by the following iron content were produced: 0.1%, 0.4%, 0.8% 1.1%, 2.3%, 5.6%, 11.5% and 27.3%. Ellipsometric measurements have shown a substantial effect of iron content on the refractive index, extinction coefficient and thickness of the films. The strongest bactericidal effect was exhibited by the coating containing 0.4% of iron, with the bacterial survivability decreasing along the lines of lowering content of this element.

16

Plazmochemiczna modyfikacja powierzchni sadzy jako napełniacza mieszanek gumowych

Bieliński D. M., Parys G., Szymanowski H.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 8

1508-1512

PL

Przedstawiono wyniki badań plazmochemicznej modyfikacji powierzchni sadzy N330 w obrotowym reaktorze laboratoryjnym, przez który przepływała mieszanina reakcyjna argonu i 1,3-butadienu, inicjowanej wyładowaniem radiowym o częstotliwości 13,56 MHz. Badano wpływ parametrów procesu na stopień modyfikacji powierzchni sadzy. Oznaczono zmianę składu warstwy wierzchniej cząstek sadzy metodą spektroskopii jonów wtórnych z analizą czasu przelotu (ToF-SIMS), wielkość powierzchni właściwej cząstek sadzy metodą adsorpcji azotu (BET) oraz energię swobodną powierzchni sadzy i jej składowe za pomocą tensjometru metodą sorpcyjną. Największy stopień modyfikacji uzyskano w przypadku obróbki powierzchni sadzy za pomocą plazmy w butadienie, trwającej 5 min, po której kontynuowano przemywanie napełniacza gazem reakcyjnym przez kolejne 3 min w celu wysycenia centrów aktywnych na jego powierzchni. Tak zmodyfikowanej sadzy użyto jako napełniacza mieszanki z kauczuku naturalnego (NR). Porównano morfologię wulkanizatów (SEM, AFM, spektroskopia czasu życia pozytonów PALS) sporządzonych z udziałem sadzy przed i po obróbce plazmochemicznej oraz ich właściwości mechaniczne. Analiza mikroskopowa oraz widma PALS potwierdzają korzystny wpływ modyfikacji sadzy z punktu widzenia wzrostu oddziaływań na granicy faz oraz poprawy stopnia dyspersji i dystrybucji napełniacza w matrycy NR. Nie przejawiło się to niestety we wzroście wytrzymałości mechanicznej wulkanizatów, z uwagi na mniejszy stopień usieciowania kauczuku, spowodowany utlenieniem powierzchni cząstek sadzy w następstwie modyfikacji.

EN

Com. C black was treated with radio-frequency plasma (13.56 MHz) in Ar or 1,3-butadiene flow in a rotary lab. plasma reactor to activate its surface. The product was studied for surface grafting and oxidn., sp. surface area and surface energy and then used as filler for natural rubber. The highest degree of C black modification was reached after the butadiene plasma activation for 5 min followed by the monomer flowing through the reactor for another 3 min, in order to sat. active centers on its surface. After vulcanization, the rubber was studied for surface morphol. and mech. properties. The plasma-assisted modification of C black resulted in an improvement of interphase interactions and the degree of filler dispersion and distribution in the rubber matrix. No improvement of mech. properties of the rubber vulcanizates was, however, obsd.

17

Wspomagana plazmowo metoda wytwarzania powłok ceramicznych z aerozolu

Pietrzyk B., Miszczak S., Szymanowski H., Gawroński Z.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

24--26

18

Napełniacze wspomagające proces foto-bio-degradacji medycznych odpadów polimerowych

Sobczyk-Guzenda A., Kaczmarek M., Grzywacz J., Szymanowski H., Gazicki-Lipman M., Woźniak B.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

62--65

PL

W niniejszej pracy został omówiony sposób plazmo-chemicznej modyfikacji napełniaczy do foto-bio-degradowalnych materiałów kompozytowych. W tych materiałach polimer syntetyczny będzie stanowił matrycę, natomiast napełniaczami będą polimer naturalny (skrobia) oraz ditlenek tytanu (TiO2), które mają za zadanie znacznie przyśpieszyć proces degradacji matrycy. Ponadto założono, że w okresie użytkowania taki kompozyt będzie wykazywał właściwości fotokatalityczne wzbudzane światłem z zakresu UV-B. W pracy został opisany wpływ modyfikacji powierzchniowej napełniaczy na ich właściwości fizyko-chemiczne. Do oceny zwilżalności skrobi wykorzystano zjawisko kapilarnego wniesienia wody. W celu określenia zmian stopnia usieciowienia została wykonana analiza spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR).

EN

A method of plasma chemical modification of fillers for photo-bio-degradable composite materials is described. In these materials, a synthetic polymer constitutes a matrix, with the fillers being natural polymer (starch) and titanium dioxide (TiO2), both aimed at a substantial quickening of the matrix degradation process. It has been assumed that such a composite will exhibit photocatalytic properties, stirred by the irradiation with the UV-B light. In this work, the effect of surface modification of the filler on its physical and chemical properties is described. For the determination of starch wettability, the effect of water capillary elevation was used. An assessment of the degree of cross-linking was made on the basis of the Furrier transform infrared (FTIR) absorption analysis.

19

Fotohydrofilowe powłoki TiO2 nanoszone metodą RF PECVD z metaloorganicznego związku wyjściowego

Sobczyk-Guzenda A., Owczarek S., Gazicki-Lipman M., Szymanowski H., Kowalski J.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 112

20-25

PL

Powłoki TiO2 wytwarzane metodą RF PECVD posiadają różne właściwości w zależności od sposobu i warunków prowadzenia procesu. W prezentowanej pracy badano w jakim stopniu wartość przepływu tlenu wpływa na właściwości powłok ditlenku tytanu - kładąc szczególny nacisk na fotozwilżalność. Powłoki TiO2 nanoszone były z tetraetoksytytanu w obecności tlenu na krzemowe i szklane podłoża. Przepływ tlenu zmieniany był w przedziale pomiędzy 100 a 500 sccm. Parametrami stałymi we wszystkim procesach były: czas nanoszenia powłok wynoszący 90 minut oraz moc wyładowania jarzeniowego równa 300 W. Z badań wynika, że powłoki nanoszone przy przepływie tlenu równym 400 sccm wykazują najwyższą fotozwilżalność. Hydrofobowy charakter takiej powłoki (kąt zwilżania wodą powyżej 120 deg) ulega zmianie na hydrofilowy już po nieco ponad półgodzinnej ekspozycji na działanie promieniowania UV, zaś po 2 godzinach naświetlania kąt zwilżania maleje do wartości poniżej 40 deg. Wartość przepływu tlenu wpływa również istotnie na grubość otrzymanej powłoki. W zadanych warunkach najcieńsze powłoki otrzymywane są przy 350 sccm i ich grubość rośnie zarówno ze zwiększaniem jak i zmniejszaniem wartości przepływu tlenu.

EN

Depending on the detailed solution and parameters used, TiO2 coatings produced with the RF PECVD technique are characterized with various properties. In the present work, the effect of the flow rate of incoming oxygen on the coatings behaviour and on their photohydrophilic properties in particular is discussed. The coatings were deposited from the mixture of tetraetoxytitanium and oxygen onto the glass and silicon substrates. Oxygen flow rate was adjusted within the range of 100 and 500 sccm. Other parameters were kept constant: deposition time of 90 minutes and deposition power of 300 Watt. The results obtained show that the most pronounced photohydrophilic behaviour is exhibited by the coatings deposited at the oxygen flow rate of 400 sccm. Hydrophobic character of these films (water wetting angle above 120 deg) transforms to hydrophilic after only half an hour long exposition to UV radiation, and after two hours of illumination that wetting angle becomes lower than 40 deg. The flow rate of oxygen also substantially affects the thickness of the deposited coating. For the above parameters the lowest film thickness is obtained for the O2 flow rate of 350 sccm and it increases both when this parameter rises and when it drops.

20

Nowoczesne kompozyty nieorganiczne na osnowie geopolimerów wzmocnionych włóknami szklanymi, węglowymi oraz bazaltowymi

Jasiczek M., Kroisova D., Louda P., Sobczyk-Guzenda A., Szymanowski H.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

993-996

PL

Geopolimery stanowią klasę nowoczesnych nieorganicznych polimerów o bardzo interesujących właściwościach. Odporność na warunki atmosferyczne, wytrzymałość na wysoką temperaturę oraz twardość w połączeniu z niskimi kosztami wytwarzania powodują, że wzrasta znaczenie geopolimerów jako materiału konstrukcyjnego. Wykorzystanie geopolimerów jako materiału osnowy w wytwarzaniu kompozytów stwarza nowe możliwości aplikacyjne. W artykule przedstawiono wytwarzanie kompozytów nieorganicznych na bazie geopolimerów z użyciem włókien szklanych, węglowych oraz bazaltowych jako materiałów wzmacniających. Osnowa geopolimerówa otrzymana była na bazie termicznie aktywowanej krzemionki, a w procesie polikondensacji zastosowano aktywator alkaliczny. Badania SEM struktury kompozytów zawierających włókna szklane i węglowe ujawniają szereg wad w postaci mikropęknięć, porów oraz nierównomiernego rozłożenia włókien. Nie zaobserwowano trwałego związania się osnowy geopolimerowej i materiału wzmacniającego. Jednocześnie kompozyty, w których zastosowano włókna bazaltowe mają budowę zwartą, pozbawioną pęknięć. Włókna bazaltowe wytworzyły z osnową nieorganiczną silne oddziaływania, co przejawia się w strukturze kompozytu.

EN

Geopolymers constitute a class of modern inorganic polymers of very interesting properties. Their hardness as well as resistance to high temperature and atmospheric erosion, in a combination with low production costs, make them increasingly attractive construction materials. New application potential of geopolymers originates from their use as matrix in composite materials. The present work discusses a manufacture of geopolymer based inorganic composites with glass, carbon and basalt fibers used as reinforcement. The geopolymer matrix is made from thermally activated silica in an alkaline activated polycondensation reaction. SEM studies of the composite materials containing glass and carbon fibers reveal a number of flaws, mainly in a form of microfractures, pores and an inhomogeneous distribution of fiber. No permanent bonding of the matrix material with the reinforcement has been observed. At the same time, those composites which contain basalt reinforcement are characterized by a compact, free of fractures, structure. Basalt fibers appear to create strong bonding with the inorganic matrix, thus advantageously affecting the structure of the composite.