Surface properties and printability of polypropylene film treated by an air dielectric barrier discharge plasma

Summaries

The effect of air dielectric barrier discharge plasma treatment on the chemical structure and morphology of polypropylene (PP) film was studied using UV-VIS (ultraviolet-visible), FT-IR, (Fourier transform infrared), SEM (scanning electron microscopy) and AFM (atomic force microscopy). Polypropylene samples were printed using solvent-based gravure ink. An evaluation of the print quality criteria of the treated PP films included measurement of print density and print gloss. SEM investigated the ink laydown on the modified PP film. The results showed that after a few seconds of plasma treatment, both the surface energy and the surface roughness of the treated PP film increased. There was an increase in the absorbance at the almost-visible range, and C=C and C=O bands were found after the air discharge plasma treatment. A short plasma treatment of 15 seconds was found to bring about a dramatic increase in the print density readings, but a decrease in print gloss. The time of the air discharge plasma treatment was found to have no effect on the print density or print gloss at a high ink film thickness. The results showed that air dielectric barrier discharge plasma treatment, for a few seconds, is effective in printing and is economical for industrial use (this will be studied in detail in future work).

Résumé

On a étudié l’effet du traitement par plasma d’air obtenu par décharge à barrière diélectrique sur la structure chimique et sur la morphologie de films polypropylène (PP) grâce à l’ultraviolet visible (UV-VIS), à l’infrarouge par transformée de Fourier (FT-IR), à la microscopie électronique à balayage (SEM) et à la microscopie à-force atomique (AFM). Des échantillons de polypropylène ont été imprimés en utilisant de l’encre de gravure au solvant. Une évaluation des critères pour la qualité d’impression des films PP traités comprenait la mesure de la densité de l’éncre aussi bien que celle du brillant de l’impression. La déposition de l’encre sur le film modifié a été investiguée par SEM. Les résultats ont montré, qu’après quelques secondes de traitement par le plasma, l’énergie de surface, aussi bien que la rugosité de la surface du film PP traité, ont augmenté. L’absorbance a augmenté dans la gamme presque visible et des bandes C=C et C=O ont été trouvées après le traitement par le plasma d’air obtenu par décharge à barrière diélectrique. On a trouvé qu’un court traitement, de 15 secondes, par le plasma a augmenté d’une manière dramatique les mesures de la densité de l’encre mais a diminué le brillant de l’impression. On a trouvé que la durée du traitement par plasma d’air obtenu par décharge à barrière diélectrique n’avait ni deffet sur la densité de l’impression ni d’effet sur le brillant de l’impression quand le film d’encre était d’une épaisseur élevée. Les résultats ont montré que le traitement par le plasma d’air obtenu par dêcharge à barrière diélectrique, quand il s’agit d’une duree de quelques secondes, est efficace pour ce qui est de l’impression et rentable pour ce qui est de son usage commercial. (Ce dernier sera étudié minutieusement dans une œuvre future.)

Zusammenfassung

Der Effekt einer Luft-dielektrisch behinderten barrierenentladenem Plasmabehandlung (“Plasma-Printing”) auf die chemische Struktur und Morphologie eines Polypropylenfilms (PP) wurde mittels UV-Sichtbar Spektroskopie (UV-VIS), FT-IR Spektroskopie, Scan-Elektron-Mikroskopie (SEM) und Rasterkraft-Mikroskopie (AFM) erforscht. Die Druckeignung der behandelten PP-Filme wurde bewertet, insbesondere die Druckdichte und der Glanz sowie — mittels SEM — die Tintenniederlegung. Die Ergebnisse — bei Verwendung von lösungsmittelhaltigen Gravurtinten — zeigten, daß ein paar Sekunden Plasmabehandlung sowohl die Oberflächenenergie als auch die Obverflächenrauheit des behandelten Filmes erhöhte. Die Plasmabehandlung erhöhte die Absorptionskraft des Filmes im fast-sichtbaren Bereich sowie in der C=C und C=O Breite. Eine kurze Plasmabehandlung von 15 Sekunden erzielte einen dramatischen Anstieg der Druckdichte, aber eine Verringerung des Glanzes. Bei dicken Tintenfilmen hatte die Länge der Plasmabehandlung keinen Einfluß mehr auf die Druckdichte und den Glanz. Die Ergebnisse zeigten aber daß eine kurze Plasmabehandlung von ein paar Sekunden eine effektive Druckmethode ist und in der Industrie kostengünstig angewendet warden kann (eine weitere Arbeit wird sich mit dieser Frage eingehender beschäftigen).