vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-2(52)-17-26vsgiu-251Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsПЛАЗМЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ПЛЕНОК ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИPLASMA MODIFICATION OF THE SURFACE OF POLYPROPYLENE FILMS AT ATMOSPHERIC PRESSUREhttps://orcid.org/0000-0001-5102-7789ДеминКирилл АндреевичDeminKirill A.

старший преподаватель, младший научный сотрудник

Senior Lecturer, Junior Researcher

kirill.demin.19992@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-6155-957XАгнаевСтепан СергеевичAgnaevStepan S.

студент

student

stephanagnaev02@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-5745-9626ДондуковСаян ДмитриевичDondukovSayan D.

студент

student

dondukov.s@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6540-7088ХаглеевАндрей НиколаевичKhagleevAndrey N.

к.т.н., доцент, старший преподаватель, научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Senior Lecturer, Researcher

khagleev@yandex.ruВосточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Институт физического материаловеденияРоссияEast Siberian State University of Technology and Management, Institute of Physical Materials ScienceRussian FederationВосточно-Сибирский государственный университет технологий и управленияRussian FederationEast Siberian State University of Technology and ManagementRussian FederationВосточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Институт физического материаловеденияRussian FederationEast Siberian State University of Technology and Management, Institute of Physical Materials ScienceRussian Federation202507072025021726Copyright © Демин К.А., Агнаев С.С., Дондуков С.Д., Хаглеев А.Н., 20252025Демин К.А., Агнаев С.С., Дондуков С.Д., Хаглеев А.Н.Demin K., Agnaev S., Dondukov S., Khagleev A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/251

Полимерные самоклеящиеся материалы находят широкое применение в различных отраслях промышленности (строительстве, медицине, упаковке, автомобилестроении, рекламе, электроники и бытовой сфере). Их популярность обусловлена эксплуатационными характеристиками: устойчивость к внешним воздействиям и простота использования. Представлены результаты исследований поверхностных свойств полипропиленовых (ПП) пленок, модифицированных с использованием низкотемпературной плазмы тлеющего разряда атмосферного давления. Время обработки составляло 3, 5, 10, 15 с, плазму инициировали в средах технического аргона, воздуха и их смесей в пропорциях 70:30, 50:50 и 30:70. Исследование показывает, что плазменная модификация значительно улучшает адгезионные свойства полипропилена, увеличивая их в два раза по сравнению с исходным образцом. Максимальная работа адгезии (135,5 мДж/м²) ПП достигнута при модификации в аргоне 15 с, что вдвое улучшило адгезионные свойства по сравнению с исходным образцом. Увеличение времени обработки более 15 с не влияет на адгезионные свойства и краевой угол смачивания. Для снижения расхода аргона использована смесь аргона с воздухом. Оптимальное соотношение 50:50 обеспечило краевой угол смачивания 42 ± 1° и работу адгезии 127,9 мДж/м² (близкие к показателям чистого аргона). Отмечено повышение шероховатости поверхности модифицированных ПП пленок с 52,6 до 199,4 нм в аргоне, до 133,1 нм в смеси аргон ‒ воздуха (50:50). Повышение шероховатости облегчает нанесение клея и укрепляет адгезионную связь. В исследовании изучали кинетику изменений электретных свойств ПП пленок и их влияние на адгезионные свойства. Полученные в ходе исследования результаты рекомендуются для разработки базовых материалов для самоклеящихся изделий с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Polymer self-adhesive materials are widely used in various industries (construction, medicine, packaging, automotive, advertising, electronics and consumer goods). Their popularity is due to their operational characteristics: resistance to external influences and ease of use. The results of studies of the surface properties of polypropylene (PP) films modified using low-temperature plasma of atmospheric pressure glow discharge are presented. The treatment time was 3, 5, 10, and 15 seconds, and the plasma was initiated in technical argon, air, and mixtures thereof in the proportions of 70:30, 50:50, and 30:70. The study shows that the plasma modification significantly improves the adhesive properties of polypropylene, doubling them compared to the original sample. The maximum adhesion performance (135.5 MJ/m2) of PP was achieved with modification in argon for 15 seconds, which doubled the adhesion properties compared to the initial sample. An increase in the processing time of more than 15 seconds does not affect the adhesive properties and the wetting edge angle. A mixture of argon and air was used to reduce argon consumption. The optimal 50:50 ratio ensured an edge wetting angle of 42 ± 1° and an adhesion of 127.9 MJ/m2 (close to the values of pure argon). An increase in the surface roughness of modified PP films was noted from 52.6 to 199.4 nm in argon, to 133.1 nm in an argon‒air mixture (50:50). Increasing the roughness facilitates the application of glue and strengthens the adhesive bond. The study investigated the kinetics of changes in the electret properties of PP films and their effect on adhesive properties. The results obtained during the study are recommended for the development of basic materials for self-adhesive products with improved performance properties.

плазменная модификацияполимерыполипропиленадгезияплазмакраевой угол смачиванияатомно-силовая микроскопияplasma modificationpolymerspolypropyleneadhesioncontact angleatomic force microscopyReferencesKostov K.G., Nishime T.M.C., Castro A.H.R., Toth A., Hein L.R.O. Surface modification of polymeric materials by cold atmospheric plasma jet. Applied Surface Science. 2014;314:367–375. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.07.009Kostov K.G., Nishime T.M.C., Castro A.H.R., Toth A., Hein L.R.O. Surface modification of polymeric materials by cold atmospheric plasma jet. Applied Surface Science. 2014;314:367–375. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.07.009Nastuta A.V., Asandulesa M., Doroftei F., Dascalu I.-A., Varganici C.-D., Tiron V., To-pala I. Atmospheric Pressure Plasma Jet Expo-sure of Polylactic Acid Surfaces for Better Adhesion: Plasma Parameters towards Poly-mer Properties. Polymers. 2024;16(2):240.Nastuta A.V., Asandulesa M., Doroftei F., Dascalu I-A., Varganici C.-D., Tiron V., To-pala I. Atmospheric Pressure Plasma Jet Expo-sure of Polylactic Acid Surfaces for Better Adhesion: Plasma Parameters towards Poly-mer Properties. Polymers. 2024;16(2):240.https://doi.org/10.3390/polym16020240https://doi.org/10.3390/polym16020240Дёмин K.A., Хаглеев A.Н., Урханова Л.A., Хардаев П.K., Агнаев С.С., Дондуков С.Д. Модифицированные в плазме скользящей дуги гидроизоляционные полимерные плен-ки. Вестник ВСГУТУ. 2024;1(92):90–96.Demin K.A., Khagleev A.N., Urkhanova L.A., Khardaev P.K., Agnaev S.S., Dondukov S.D. Sliding arc plasma modified waterproofing polymer films. Vestnik VSGUTU. 2024;1(92):90–96. (In Russ.).https://doi.org/10.53980/24131997_2024_1_90https://doi.org/10.53980/24131997_2024_1_90Mozetič M. Aging of Plasma-Activated Poly-ethylene and Hydrophobic Recovery of Poly-ethylene Polymers. Polymers. 2023;15(24):4668. https://doi.org/10.3390/polym15244668Mozetič M. Aging of Plasma-Activated Polyethylene and Hydrophobic Recovery of Polyethylene Poly-mers. Polymers. 2023;15(24):4668. https://doi.org/10.3390/polym15244668Berczeli M., Hatoss B., Kókai E. Surface treatment of polymer matrix nanocomposites for adhesion enhancement by cold plasma. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022;1246:012028.Berczeli M., Hatoss B., Kókai E. Surface treatment of polymer matrix nanocomposites for adhesion enhancement by cold plasma. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022;1246:012028.https://doi.org/10.1088/1757-899X/1246/1/012028https://doi.org/10.1088/1757-899X/1246/1/012028Vassallo E., Aloisio M., Pedroni M., Ghezzi F., Cerruti P., Donnini R. Effect of Low-Pressure Plasma Treatment on the Surface Wettability of Poly (butylene succinate) Films. Coatings. 2022;12(2):220. https://doi.org/10.3390/coatings12020220Vassallo E., Aloisio M., Pedroni M., Ghezzi F., Cerruti P., Donnini R. Effect of Low-Pressure Plasma Treatment on the Surface Wettability of Poly (butylene succinate) Films. Coatings. 2022;12(2):220. https://doi.org/10.3390/coatings12020220Хаглеев А.Н., Урханова Л.А., Буянтуев С.Л., Демин К.А., Мокеев М.А., Агнаев С.С. Влияние плазмы скользящей дуги на физико-механические свойства гидроизоля-ционного полиэтилена. Вестник ВСГУТУ. 2022;4(87):64–70. https://doi.org/10.53980/24131997_2022_4_64Khagleev A.N., Urkhanova L.A., Buyantuev S.L., Demin K.A., Mokeev M.A., Agnaev S.S. The influ-ence of sliding arc plasma on the physical and me-chanical properties of waterproofing polyethylene. Vestnik VSGUTU. 2022;4(87):64–70. (In Russ.).Aydemir C., Altay B.N., Akyol M. Surface analysis of polymer films for wettability and ink adhesion. Color Research and Application. 2021;46(2):489–499. https://doi.org/10.1002/col.22579https://doi.org/10.53980/24131997_2022_4_64Štěpánová V., Šrámková P., Sihelník S., Stu-pavská M., Jurmanová J., Kováčik D. The ef-fect of ambient air plasma generated by copla-nar and volume dielectric barrier discharge on the surface characteristics of polyamide foils. Vacuum. 2021;183:109887.Aydemir C., Altay B.N., Akyol M. Surface analysis of polymer films for wettability and ink adhesion. Color Research and Application. 2021;46(2):489–499. https://doi.org/10.1002/col.22579https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109887Štěpánová V., Šrámková P., Sihelník S., Stu-pavská M., Jurmanová J., Kováčik D. The ef-fect of ambient air plasma generated by copla-nar and volume dielectric barrier discharge on the surface characteristics of polyamide foils. Vacuum. 2021;183:109887.Григорьев А.Ю., Ефремова А.А., Гарипов Р.М. Изменение свойств поверхности полимер-ных пленок при кратковременной обработке полем коронного разряда. Промышленное производство и использование эластомеров. 2021;3:44–50.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109887https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-3-44-50Grigor'ev A.Yu., Efremova A.A., Garipov R.M. Changes in the surface properties of polymer films during short-term treatment with a corona discharge field. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol'zovanie elas-tomerov. 2021;3:44–50. (In Russ.).Kelar J., Shekargoftar M., Krumpolec R., Homola T. Activation of polycarbonate (PC) surfaces by atmos-pheric pressure plasma in ambient air. Polymer Testing. 2018;67:428–434.https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-3-44-50https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.03.027Kelar J., Shekargoftar M., Krumpolec R., Homola T. Activation of polycarbonate (PC) surfaces by atmospheric pressure plasma in ambient air. Polymer Testing. 2018;67:428–434.Shekargoftar M., Kelar J., Krumpolec R., Jurmanova J., Homola T. A Comparison of the Effects of Ambient Air Plasma Generated by Volume and by Coplanar DBDs on the Surfaces of PP/Al/PET Laminated Foil. IEEE Transactions Plasma Science. 2018;46(10):3653–3661. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2861085https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.03.027Vesel A., Zaplotnik R., Primc G., Mozetič M. Evolution of the Surface Wettability of PET Polymer upon Treatment with an Atmospher-ic Pressure Plasma Jet. Polymers. 2020;12(1):87. https://doi.org/10.3390/polym12010087Shekargoftar M., Kelar J., Krumpolec R., Jurmanova J., Homola T. A Comparison of the Effects of Ambient Air Plasma Generated by Volume and by Coplanar DBDs on the Surfaces of PP/Al/PET Laminated Foil. IEEE Transactions Plasma Science. 2018;46(10):3653–3661. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2861085Noeske М., Degenhardt J., Strudthoff S., Lommatzsch U. Plasma jet treatment of five polymers at atmospheric pressure: surface modifications and the relevance for adhesion. International Journal of Adhesion and Adhe-sives. 2004;24:171–177.Vesel A., Zaplotnik R., Primc G., Mozetič M. Evolution of the Surface Wettability of PET Polymer upon Treatment with an Atmospher-ic-Pressure Plasma Jet. Polymers. 2020;12(1):87. https://doi.org/10.3390/polym12010087https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2003.09.006Noeske М., Degenhardt J., Strudthoff S., Lom-matzsch U. Plasma jet treatment of five polymers at atmospheric pressure: surface modifications and the relevance for adhesion. International Journal of Adhe-sion and Adhesives. 2004;24:171–177.Hamdi M., Saleh M.N., Poulis J.A. Improving the adhesion strength of polymers: effect of surface treatments. Journal of Adhesion Science and Technology. 2020;34(17):1853–1870.https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2003.09.006https://doi.org/10.1080/01694243.2020.1732750Hamdi M., Saleh M.N., Poulis J.A. Improving the adhesion strength of polymers: effect of surface treatments. Journal of Adhesion Sci-ence and Technology. 2020;34(17):1853–1870.Qi L., Min W., Gao R., Li Z., Yu M., Sun Z. Optimization of interfacial bonding properties between thermoplastic liners and carbon fiber-reinforced composites by atmospheric-pressure plasma and failure mechanism study. Polymer Composites. 2023;44(4):2361–2378.https://doi.org/10.1080/01694243.2020.1732750https://doi.org/10.1002/pc.27249Qi L., Min W., Gao R., Li Z., Yu M., Sun Z. Optimization of interfacial bonding properties between thermoplastic liners and carbon fiber-reinforced composites by atmospheric-pressure plasma and failure mechanism study. Polymer Composites. 2023;44(4):2361–2378.Черепанов К.А., Коротков С.Г. Термозащита и энергосбережение на основе использования нанодисперсного связующего. Вест-ник Сибирского государственного индустриального университета. 2015;2(12):88–91.https://doi.org/10.1002/pc.27249Кравец Л.И., Дмитриев С.Н., Апель П.Ю. Полипропиленовые трековые мембраны для микро- и ультрафильтрации химически агрессивных сред. I. Травление треков высокоэнергетичных ионов в полипропилене. Мембраны. Дубна: Объединенный институт ядерных исследований, 2000:31.Cherepanov K.A., Korotkov S.G. Thermal protection and energy saving based on the use of nanodispersed binder. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universitetа. 2015;2(12):88–91. (In Russ.).Химические свойства и модификация полимеров / Под ред. Г.С. Колесникова. Москва: Наука, 1964:287.Kravets L.I., Dmitriev S.N., Apel' P.Yu. Poly-propylene track membranes for micro- and ul-trafiltration of chemically aggressive media. I. Etching of high-energy ion tracks in polypro-pylene. Membrany. Dubna: Ob"edinennyi in-stitut yadernykh issledovanii, 2000:31 (In Russ.).Ананьев В.В., Перетокин Т.Н., Заиков Г.Е., Софьина С.Ю. Модификация адгезионных свойств полимерных пленок обработкой коронным разрядом. Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(5):116–119.Kolesnikov G.S. ed. Chemical properties and modifi-cation of polymers: Collection of articles: editor-in-chief. Moscow: Nauka, 1964:287. (In Russ.).Василькин Д.П., Волкова В.П. Изменение свойств поверхности пленки полипропиле-на при обработке в струе плазмы атмосферного давления на основе тлеющего разряда постоянного тока. В кн.: Физика, техника и технология сложных систем. Тезисы докладов конференции. 2020:14–15.Anan'ev V.V., Peretokin T.N., Zaikov G.E., Sof'ina S.Yu. Modification of adhesive proper-ties of polymer films by corona discharge treatment. Vestnik Kazanskogo tekhnologiches-kogo universiteta. 2014;17(5):116–119. (In Russ.).Абдуллина В.Х., Сергеева Е.А., Абдул-лин И.Ш., Тихонова В.П. Гидрофилизация полипропиленовой пленочной нити низко-температурной плазмой пониженного давления. Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2009;4:129–131.Vasil'kin D.P., Volkova V.P. Changes in the properties of the surface of polypropylene film during processing in a plasma jet at atmos-pheric pressure based on a direct current glow discharge. In: Physics, engineering and tech-nology of complex systems. Abstracts of the conference reports. 2020:14–15. (In Russ.).Kusano Y., Madsen B., Berglund L., Oksman K. Modification of cellulose nanofibre surfaces by He/NH3 plasma at atmospheric pressure. Cellulose. 2019;26(12):7185–7194.Abdullina V.Kh., Sergeeva E.A., Abdullin I.Sh., Tikhonova V.P. Hydrophilization of polypropylene film thread by low-temperature, low-pressure plasma. Izvestiya vuzov. Tekhnologiya tekstil'noi promyshlennosti. 2009;4:129–131. (In Russ.).https://doi.org/10.1007/s10570-019-02594-8Kusano Y., Madsen B., Berglund L., Oksman K. Modification of cellulose nanofibre surfac-es by He/NH3 plasma at atmospheric pressure. Cellulose. 2019;26(12):7185–7194.Коновалова О.А., Хайдарова А.Р., Ибрагимов Р.Г., Салахов М.Х. Исследование модифицированных пористых мембран методом атомно-силовой микроскопии. Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. 2018;160(1):81–88.https://doi.org/10.1007/s10570-019-02594-8Pandiyaraj K.N., Selvarajan V., Deshmukh R.R., Gao C. Modification of surface properties of polypro-pylene (PP) film using DC glow discharge air plasma. Applied Surface Science. 2009;255(7):3965–3971. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.090Konovalova O.A., Khaidarova A.R., Ibragimov R.G., Salakhov M.Kh. Study of modified porous mem-branes by atomic force microscopy. Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. Seriya Fiziko-matematicheskie nauki. 2018;160(1):81–88. (In Russ.).Pandiyaraj K.N., Selvarajan V., Deshmukh R.R., Gao C. Modification of surface properties of polypropylene (PP) film using DC glow dis-charge air plasma. Applied Surface Science. 2009;255(7):3965–3971. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.090Pandiyaraj K.N., Selvarajan V., Deshmukh R.R., Gao C. Modification of surface properties of polypropylene (PP) film using DC glow dis-charge air plasma. Applied Surface Science. 2009;255(7):3965–3971. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.10.090

The authors declare that there are no conflicts of interest present.