Επίδραση της επιφανειακής επεξεργασίας με ψυχρό πλάσμα στις ιδιότητες του πολυστυρενίου

Abstract

Το ψυχρό πλάσμα αποτελεί μια αναδυόμενη τεχνολογία που δύναται να προσφέρει πολλές πιθανές εφαρμογές στο πεδίο της συσκευασίας τροφίμων. Αρχικά αναπτύχθηκε προκειμένου να αυξήσει την επιφανειακή ενέργεια των πολυμερών, ενισχύοντας την πρόσφυση και την εκτυπωσιμότητά τους, ενώ πρόσφατα αναδείχθηκε ως ένα ισχυρό εργαλείο για την επιφανειακή εξυγίανση, τόσο των τροφίμων, όσο και των υλικών συσκευασίας τροφίμων. Η παρούσα μελέτη εξετάζει τη χρήση ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης (Cold Atmospheric Plasma, CAP) για την τροποποίηση των ιδιοτήτων του πολυστυρενίου (Polystyrene, PS). Συγκεκριμένα, διερευνά την επίδραση του CAP στις επιφανειακές, μηχανικές και ιδιότητες φραγμού εμπορικά διαθέσιμων φιλμ πολυστυρενίου και διογκωμένης πολυστερίνης (EPS). Η μελέτη περιλαμβάνει τη διερεύνηση της επίδρασης του χρόνου επεξεργασίας με CAP στη γωνία επαφής του νερού επί της επιφάνειας του PS, στη διαπερατότητα των φιλμ σε υδρατμούς, καθώς και στην αντοχή σε εφελκυσμό των φιλμ PS, και στην αντοχή σε συμπίεση του EPS. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επεξεργασία με CAP οδηγεί σε αύξηση της υδροφιλικότητας, τόσο στα φιλμ, όσο και στο EPS, υποδεικνύοντας μια επιτυχημένη τροποποίηση της επιφάνειας του PS. Μάλιστα, το φαινόμενο γήρανσης όπως εξετάστηκε, φαίνεται να διαρκεί για πάνω από δέκα ημέρες και στις δύο μορφές του υλικού. Η επεξεργασία με CAP οδήγησε, επίσης, σε μείωση της διαπερατότητας σε υδρατμούς συναρτήσει του χρόνου επεξεργασίας, στην περίπτωση των φιλμ. Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η επεξεργασία με CAP οδηγεί σε μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό των φιλμ, και αύξηση της αντοχής σε συμπίεση του EPS. Επιπλέον, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, τόσο οι επιφανειακές ιδιότητες, όσο και η διαπερατότητα σε υδρατμούς και οι μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων, εξαρτώνται από τον χρόνο επεξεργασίας που εφαρμόζεται. Τα ευρήματα αυτής της μελέτης συμβάλλουν στην αυξανόμενη γνώση σχετικά με τη χρήση του CAP ως ευέλικτου εργαλείου για την τροποποίηση επιφανειών φιλμ PS και EPS, και στη σημασία της εξέτασης των μηχανικών ιδιοτήτων κατά την επεξεργασία με πλάσμα.

Cold plasma is an emerging technology that can offer several potential applications in the field of food packaging. Originally developed to increase the surface energy of polymers, enhancing their adhesion and printability, cold plasma has recently emerged as a powerful tool for the surface disinfection of both food and food packaging materials. The present study examines the use of cold atmospheric pressure plasma (CAP) to modify the properties of polystyrene (PS). Specifically, it investigates the effect of CAP on the surface, mechanical and barrier properties of commercially available polystyrene films and expanded polystyrene (EPS). The study includes investigating the effect of CAP treatment time on the water contact angle on the PS surface, the permeance of the films, as well as the tensile strength of the PS films and the compressive strength of the EPS. The results show that CAP treatment leads to an increase in hydrophilicity, both in the films and in the EPS, indicating a successful PS surface modification. The aging phenomenon as examined seems to last for over ten days in both forms of the material. CAP treatment also led to a decrease in water permeability as a function of treatment time, in the case of films. Concerning the mechanical properties, the results indicate that CAP treatment leads to a decrease in the tensile strength of the films, and an increase in the compressive strength of the EPS. In addition, the results show that both the surface properties, as well as the water permeability and the mechanical properties of the samples, depend on the processing time applied. The findings of this study contribute to the growing knowledge of the use of CAP as a versatile tool to modify PS films and EPS surfaces, and the importance of considering mechanical properties during plasma processing.