Sterilizzazione con plasma

Capitolo 1 - Il Plasma ad arco
Sezione 15 - Il Plasma freddo

Plasmi ossidanti

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Il trattamento superficiale di polimeri olefinici (come il polipropilene o polietilene) con plasma in Azoto è uno degli esempi che meglio illustra il comportamento chimicamente non convenzionale del plasma.

L'Azoto in fase plasma è straordinariamente reattivo e un trattamento di poche decine di secondi è sufficiente per modificare completamente la composizione delle catene polimeriche contenute nel polipropilene, ottenendo una identità chimica completamente diversa e di conseguenza il materiale trattato ha proprietà superficiali differenti da quelle di volume.

Macroscopicamente si osserva una considerevole bagnabilità della superficie e una maggiore facilità di scorrimento dell'adesivo sul materiale trattato, grazie all''influenza termodinamica dell'interazione dipolare tra Carbonio ed Ossigeno.

La colorazione del plasma (FIG. 1) è dovuta alla emissione di radiazioni nella regione del visibile da parte di specie eccitate che ritornano allo stato fondamentale di minima energia. Il colore osservato è caratteristico dei plasmi che contengono Azoto.

Fig. 1 - CAPSULA DI PETRI IN POLISTIRENE TRATTATA CON PLASMA IN AZOTO

Le proprietà di una superficie trattata con plasma freddo dipendono ovviamente dal tipo di gas utilizzato.

Nei plasmi ossidanti, come quelli innescati in Ossigeno, Aria, Acqua, ossidi di Azoto, la frammentazione delle molecole in fase plasma porta invariabilmente alla introduzione sulla superficie di funzionalità chimiche contenenti Ossigeno.

Un materiale polimerico trattato con plasma ossidante esporrà una superficie caratterizzata da una miscela di tutte le possibili forme di combinazione tra Carbonio ed Ossigeno.

Il legame Carbonio-Ossigeno crea piccoli dipoli che danno luogo a interazioni piuttosto forti con le altre molecole dipolari, per esempio l'acqua o le molecole degli adesivi e delle vernici, promuovendo così la bagnabilità e l'aderenza della superficie trattata (FIG. 1 - FIG. 2).
Tutti i trattamenti utilizzati industrialmente per il miglioramento dell' adesione e della verniciabilità impiegano plasmi ossidanti.

Fig. 1 - CATTIVA BAGNABILITA' DI UN MATERIALE IDROFOBO

Fig. 2 - BUONA BAGNABILITA' DI UNO STRATO IDROFILO CREATO CON PLASMA OSSIDANTE

polimeri olefinici (olefin polymers) - Polimeri organici di origine sintetica ottenuti mediante reazioni di condensazione (policondensazione) o per addizione (poliaddizione).

proprietà superficiali (surface properties) - Tra le proprietà di superficie più comuni, citiamo: la tensione superficiale, la bagnabilità, l'adesività, la resistenza all'usura, l'inerzia chimica e biologica.

proprietà di volume (shape properties) - Basso costo, elevata resistenza, facilità di costruzione. Altre proprietà di volume di un materiale metallico sono, ad esempio: la resistenza meccanica, l'elasticità, la duttilità, la malleabilità, la conduttività termica ed elettrica.

materiale polimerico (polymer) - Materiali ottenuti per unione di più molecole (monomeri) e formazione di una molecola più grande che può essere un dimero, un trimero o più in generale un polimero a seconda del numero di unità semplici di cui è costituita. Le molecole formate da un grande numero di unità monomeriche si dicono macromolecole o alti polimeri.

dipoli (dipoles) - Il legame Carbonio-Ossigeno presenta una asimmetria di distribuzione di carica, poichè l'Ossigeno è più elettronegativo del Carbonio. Quindi i gruppi chimici che contengono questo legame si comportano come piccoli dipoli.

adesione (adhesive bond) - Legame che nasce per effetto di forze di attrazione, generalmente di natura fisica, tra le molecole di sostanze diverse. I due tipi principali di interazione che contribuiscono all'adesione sono le forze di Van der Waals e le forze di natura dipolare.