Presentazione tesi laurea triennale anno accademico 2006/2007

1. UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
FACOLTA' DI INGEGNERIA
Tesi di laurea
in
Scienze e ingegneria dei materiali
Effetti del trattamento al plasma sulle proprietà di film
polimerici per imballaggio flessibile
Relatore Candidato
Prof.
GIUSEPPE MENSITIERI MARIO CIFELLI
Anno accademico 2006/2007

2. Introduzione
L’imballaggio flessibile un tempo considerato solo utile a
proteggere il prodotto
si è trasformato in un importante strumento
di marketing comunicazione e vendita.
Ciò ha determinato l’esigenza di renderlo sempre più attraente,
originale e accattivante per conquistare l’attenzione dei consumatori preservando
e migliorando allo stesso tempo la missione originaria.
OGGI

3. Perché utilizzare la tecnologia del plasma
• Maggiore bagnabilità del film
polimerico per inchiostri, adesivi e
lacche speciali, rispetto ad un
trattamento corona.
• Sostituzione di adesivi a solvente
con adesivi base acqua.
• Deposizione di stati barriera
inorganici con la tecnica del:
Plasma enhanced chemical vapor
deposition ( PECVD).
Riduzione di almeno il
25% di solventi nella fase
di stampa, assemblaggio
e laccatura del prodotto.
Eliminazione totale dei
solventi alifatici.
Riduzione di almeno uno
strato nel laminato e/o
sostituzione con uno di
minore impatto ambientale
( a parità di destinazione
d'uso ).
Aumento delle proprietà
barriera

4. Materiali analizzati

5. Impianti pilota utilizzati
Trattatore al plasma
a pressione
atmosferica
Trattatore al plasma
sottovuoto

6. Analisi effettuate
• Bagnabilità
• Angolo di contatto
• AFM
• COF
• Prove di ancoraggio inchiostro
• Delaminazione
• Spettroscopia IR
• Spettroscopia XPS
• DSC
• Densità ottica
• Permeabilità

7. 32
34
36
38
40
42
44
46
48
no treated He O2 N2 corona Ar
bagnabilità(mN/m) Bagnabilità
Non sono state
eseguite prove
BOPP
Atmosphericplasma
Plasmasottovuoto

8. COF
Non sono state
eseguite prove
Atmosphericplasma
Plasmasottovuoto

9. Relazione bagnabilità - COF
Confrontando i valori della bagnabilità con quelli del COF é
possibile subito dedurre che:
ad un aumento della bagnabilità corrisponde un
aumento del COF, eccezion fatta per il
metallizzato dove il COF non subisce una
variazione eccessiva.

10. Adesione inchiostro
Nel corso delle nostre prove di adesione sono stati utilizzati due diverse tipologie di
inchiostri forniti dalla SunChemical:
• L’inchiostro bianco della linea RTH
• L’inchiostro magenta della linea Sunprop 4A.
Tali prove sono state effettuate seguendo il metodo Giflex n°8, facendo uso di un nastro
Comet®. Gli inchiostri sono stati applicati sia tal quali che con gli additivi NT e 2C.
Dalle nostre prove è emerso che:
l'uso di questa tipologia di trattatore al plasma non si presta al miglioramento della
reticolazione dell'inchiostro.

11. Delaminazione
Le prove di accoppiamento sono state condotte accoppiando:
• Il film di BOPP metallizzato con la superficie trattata al plasma e non del BOPP;
• Il film di BOPP metallizzato trattato con la superficie trattata al plasma e non del BOPP;
utilizzando due tipologie di adesivi:
• L’adesivo Robond L050 fornito dalla Rohm&Haas; questo è un adesivo base acrilico, solubile in
acqua.
• L'adesivo bi-componente solubile in acetato di etile, fornito dalla Sa.Pi.Ci, costituito da dieci parti di
un poliestere -OH terminato ( Polurene FP 28 ) e una parte di un poliisocianato aromatico ( Polurene
FP 75 ).
Dalle prove di delaminazione si evidenzia che:
i campioni trattati con argon ed azoto consentono di ottenere con l’adesivo solubile in acqua le
stesse prestazioni raggiungibili con l’adesivo a solvente,
mentre il campione trattato con ossigeno mostra una resistenza alla delaminazione inferiore.

12. Effetti del trattamento al plasma sulla chimica dei
campioni trattati
BOPPBOPP
Campionetrattatoconil
trattatoreal plasmaa
pressioneatmosferica
Campionetrattatoconil
trattatoreal plasma
sottovuoto

13.  Il campione non trattato presenta un debole segnale di ossigeno, dovuto probabilmente ad una
blanda ossidazione superficiale (comunemente osservata in analisi XPS di campioni analoghi)
e/o alla presenza di additivi di processo (indicata dal segnale di Mg e da quello di N).
 L’effetto del trattamento plasma è evidente dal contenuto di ossigeno. In particolare:
i campioni trattati corona ( aria nel caso del trattatore sottovuoto ) e con argon presentano la
maggiore quantità di ossigeno e di azoto in superficie rispetto al campione trattato solo
ossigeno. Le specie prodotte impiegando azoto o argon risultano più stabili,
dando luogo a plasma più ricchi di specie a più alto contenuto energetico, responsabili di un
maggior “etching” della superficie (osservato all’AFM) e al contempo di una produzione di un
maggior numero di specie ioniche impiantabili sul substrato.
 Le funzionalità ossigenate introdotte sono molteplici, con presenza di legami carbonio-
ossigeno semplici e multipli ( ossidrili, carbonili, carbossili ). Questo dato conferma
l’aumentata polarità della superficie, con conseguenti effetti su interazioni superficiali
come bagnabilità, adesione, stampabilità.

14. BOPPBOPP
METALLIZZATOMETALLIZZATO
Dall’analisi spettroscopica condotta si è osservato che:
• A basse potenze e portate sembrerebbe non arrecare danni significativi.
• A potenze e portate di gas elevate, il trattamento può erodere completamente il rivestimento metallico del film,
manifestando cosi’ un forte fenomeno di etching.

15. Danni sul rivestimento metallico di un BOPP metallizzato
trattato plasma con una portata di argon di 10 l/min a
50Wmin/m2

16. Permeabilità
Sui campioni di BOPP metallizzato si sono eseguite prove di permeabilità
all’ossigeno e al vapor d’acqua per capire se il trattamento al plasma
modifica le proprietà barriera del metallizzato.

17. Risultati ottenuti dalle prove di
permeabilità all'ossigeno

18. Risultati permeabilità al vapor
d'acqua

19. Conclusioni
Dall'analisi dei campioni sottoposti alle due tipologie di trattatori al plasma è
emerso che:
Il trattamento al plasma va ad influire su tutte le proprietà superficiali del materiale ma non
riesce ad influire sul meccanismo di adesione chimica dell'inchiostro:
– Incremento del valore di bagnabilità su tutti e tre i campioni sottoposti alla sperimentazione.
I risultati migliori di bagnabilità si sono avuti utilizzando come gas di lavoro Ar per il trattatore a pressione
atmosferica, mentre per il trattatore sottovuoto i migliori risultati sono stati ottenuti con gas di lavoro Air.
– I campioni trattati con argon ed azoto consentono di ottenere con l’adesivo base acqua le
stesse prestazioni raggiungibili con l’adesivo a solvente,
mentre il campione trattato con ossigeno mostra una resistenza alla delaminazione inferiore.
– utilizzando come gas di lavoro Ar si provoca un sensibile peggioramento delle proprietà
barriera del metallizzato alle alte potenze,
mentre alle basse potenze i valori riscontrati sono confrontabili con quelli di un corona e risultano essere dello
stesso ordine di grandezza del metallizzato non trattato.

20. – Per il PET si è notata una forte elettrostaticità dopo il trattamento.
– Migliori prestazioni rispetto ad un trattamento corona.
– Il sistema scelto inoltre può essere utilizzato, previa una specifica attività di ricerca
industriale per la scelta dell’atmosfera reattiva e delle condizioni di processo, per la
deposizione di SiOx con la tecnologia del plasma enhanced chemcal vapor deposition
( PECVD ) migliorando la proprietà barriera del film anche di un fattore 10.
– E' da sottolineare che questo processo presenta sensibili margini di miglioramento ed
adattamento alle apparecchiature industriali di cui si vuole dotare in termini di
semplificazione della produzione, affidabilità e riduzione dei costi in quanto è basato
sull’utilizzo di tecnologie dei plasmi reattivi che negli ultimi anni si stanno evolvendo nella
direzione di processi più facilmente attuabili che prevedono l’uso di vuoti meno spinti e
possono essere adatti a processi continui per i prodotti di largo consumo.
– Da un punto di vista ambientale l’adozione di tali sistemi di trattamento superficiale in linea
permette la riduzione dell’uso di materiale ( proprietà barriera più alte ), la riduzione degli
scarti, riduce il consumo di energia ( tali sistemi sono più efficienti di quelli a scarica di tipo
effetto corona) e permette di integrare più funzioni in un unico trattamento ( per esempio la
pulitura la modifica superficiale e/o la deposizione di coatings ).

21. NON EQUIVALENZA DEI DUE
TRATTAMENTI

22. GRAZIE DELLA VOSTRA
ATTENZIONE