یکی از فناوری های کاربردی که دستیابی به اثرات ویژه و بهبود خواص محصولات را ممکن می سازد، فناوری پلاسمای سرد است.

پلاسما یکی از چهار حالت اصلی ماده است. پلاسما گاز یونیزه شده ای است که شامل الکترون های آزاد، یون ها و رادیکال ها، ذرات خنثی(اتم ها و مولکول ها) است که با اعمال ولتاژ بالا به گازها ایجاد می شود.

در بیاینی ساده تر، پلاسما به عنوان فناوری نوین عملیات سطحی بر اصلاح بیرونی ترین لایه سطوح، شامل چند لایه اتمی و در حد چند نانومتر می پردازد که باعث ایجاد قابلیت هایی متنوع بر روی سطوح مختلف منسوجات، پلیمر ها، فلزات و سرامیک ها می شود.

مزایای عملیات سطحی پلاسما سرد

توسعه فناوری پلاسمای سرد در سال های اخیر و دستیابی به خصوصیات کلیدی بر روی سطوح، محبوبیت روز افزون به این فناوری بخشیده است. رسوخ این فناوری در صنایع مختلف از جمله حمل و نقل، نساجی، غذایی، پذشکی، بسته بندی، و مبلمان موید ادعای فوق است.

برخی از مزایای فناوری پلاسمای سرد در سطوح منسوجات که در صنایع حمل و نقل ریلی پر کاربرد و کار آمد است، در ادامه عرضه میگردد؛

• ایجاد خصوصیات سطحی دفعی آب و روغن(ضد آب و لک) برای کاربرد در پارچه های مصارف بیرونی(مانند پرده)، روکش مبلمان و…
• آنتی باکتریال و استریل نمودن سطوح منسوجات بهداشتی(مانند ملحفه) با بهبود خاصیت چسبندگی و ضد میکروبی را می توان ممکن ساخت.
• بهبود خواص کلیدی منسوجات از جمله رنگ پذیری، چاپ پذیری یکی از بارزترین قابلیت های پلاسمای سرد می باشد و این بهبود با افزایش چسبندگی سطحی ممکن می گردد.
• ضد لک نمودن سطوح منسوجات در برابر آب و روغن بدون ایجاد تغییر در خصوصیات عمقی مواد.

به کارگیری پلاسمای سرد اتمسفری برای بهبود خواص سطوح پلیمیری(پلاستیکی) از صنعتی ترین کاربرد های این فناوری است.

تکنولوژی بهبود و اصلاح سطحی توسط پلاسما به عنوان راه حلی نو آورانه برای حل مشکلات چسبندگی و جذب آب(خیس شدن) در بسیاری از صنایع توسعه یافته است.

استفاده از پیش عملیات پلاسمایی برای فرآیند های اتصال(چسبندگی)، رنگ پذیر نمودن، چاپ پذیر نمودن و پوشش دهی محافظتی سطوح پلیمری یکی از مهمترین عوامل افزایش کیفیت در فرآیند های فوق محسوب می شود.

اصلاح و بهبود سطوح پلیمری به عنوان یک راه حل اقتصادی و مقرون به صرفه به عنوان پیش عملیات مورد استفاده قرار می گیرد.

صنایع حمل و نقل ریلی می توانند از این کاربرد تجاری شده فناوری پلاسما در بسیاری از سطوح پلیمری(سطوح PP و سطوح PET و…) در ماشین آلات خود، مانند دیواره های واگن ها، مبلمان ها داخل واگن ها و سایر بخش های مرتبط استفاده نماید.

افزایش میزان زیری سطح از جمله عواملی است که سبب افزایش میزان چسبندگی و رنگ پذیری سطوح می شود.

بمباران سطح توسط یون ها، رادیکال های آزاد و الکترون های موجود در پلاسما می تواند سبب ایجاد خلل و فرج هایی از مرتبه نانومتر تا میکرومتر شود.

شکل پایین(راست) تصاویر AFM از سطح پلیمر PET قبل و بعد از اعمال پلاسمای اتمسفری هوا می باشد که سبب افزایش زبری سطح به اندازه حدود ۱۰ نانومتر شده است.

عملیات سطحی پلاسما بر روی سطوح فلزی با اتکاء بر برتری پلاسما به عنوان یک فرآیند خشک در مقایسه با سایر فرآیند های تمیز کاری توسط مواد شیمیایی ناسازگار با محیط زیست( مانند هیدروکربن های کلر) توسعه ایده آل و چشم گیری داشته است.

عملیات پلاسمایی سطوح فلزی(مانند آلومینیوم) قبل از اتصال، آب بندی، رنگ آمیزی(نقاشی) و حذف مواد آلی از سطوح یا حذف اکسیداسیون سطحی از کاربرد های تجاری شده این فناوری بر روی سطوح فلزی می باشد.

اخیرا در صنعت حمل و نقل ریلی و جاده ای از LED ها برای افزایش طول عمر چراغ ها و همچنین حذف نیاز به تغییر لامپ استفاده می شود.

برای اطمینان از این عمر طولانی، چراغ ها باید در برابر رطوبت به خوبی محافظت شوند. با ایجاد لایه ای از پلیمر های پلی پروپین (PP) و پلی کربنات (PC) این مشکل به راحتی حل می شود که برای افزایش میزان چسبندگی این پلیمر ها به سطح LED ها از تکنیک پلاسمای سرد استفاده شده است.

اولین بار از تکنیک پلاسمای سرد برای این منظور سال ۱۹۹۵ در آلمان استفاده شده است. در حال حاضر در شرکت HELLA  در استرالیا نیز از این تکنولوژی استفاده می شود.

تعمیر و نگهداری محصولات برای کاربرد های صنعتی هزینه های بالایی را در بر می گیرد لذا حفظ مشخصات شیمیایی مواد مثل انرژی سطحی بالا در مدت زمان طولانی از اهمیت بسزایی بر خوردار است.

شکل زیر به  بررسی میزان آب دوستی سطح چندین فلز در مدت زمان شش روز پس از اعمال پلاسما پرداخته است که نشان دهنده ثبات این مشخصه در مدت زمان طولانی می باشد.

در ساختار یخچال هایی که در صنعت حمل و نقل در داخل تریلر ها استفاده می شوند از هیچ گونه میخ و پرچ استفاده نمی شود، همچنین در ساخت دیوار ها و سقف های تریلر ها از روش ساندویچی(پیوند چندین لایه پلیمری) استفاده شده است.

این پنل ها از دو ورق استیل کوت داده شده با پلاستیک و فوم سخت پلی یورتان(PU) با چگالی بالا به عنوان هسته تشکیل شده است. در نهایت این پنل به ریل های آلمینیومی متصل می شود.

برای دستیابی به یک چسبندگی عالی در داخل پنل و اتصالات ریلی و همچنین مهر و موم مفاصل اتصال از پلاسما به عوان یک روش زیست سازگار برای افزایش میزان انرژی و فعال سازی سطوح استفاده شده است.

از سال ۲۰۰۳ کمپانی Schmitz Cargobull AG، تولید کننده تریلر پیشرو در اروپا، سالانه در بیش از ۱۵۰۰۰ تریلر از پلاسما Openair استفاده میکند.هدف اصلی عدم استفاده از حلال های آلی و در نتیجه حذف خطر آلودگی محیط زیست می باشد.

تکنولوژي پلاسما علاوه بر اینکه به طور گسترده برای افزایش انرژی سطوح پلیمری، افزایش میزان چسبندگی و چاپ پذیری استفاده می شود، به تازگی به عنوان یک ابزار قدرتمند برای ضدعفونی سطح مواد غذایی و همچنین در بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود که منجر به افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی میگردد.

نتیجه گیری

در سال های اخیر به دلیل افزایش جمعیت به تبع آن افزایش آلودگی های زیستی و همچنین افزایش اهمیت کیفیت خدمات شهری و شهروندی، استفاده از حمل و نقل های عمومی از جمله حمل و نقل ریلی نیازمند تغییر نگرشی نو برای رفع چالش های موجود است.

امید آن می رود، با همین رویکرد استفاده از فناوری پلاسمای سرد به عنوان فناوری نوین و متداول در سطح دنیا به جهت

• جایگزینی فرآیند ها و محصولات قدیمی
• تولید و ایجاد محصولات با کیفیت و دوام بیشتر
• ایجاد خواص مورد نظر در سطح محصول بدون تحت تأثیر قرار گرفتن کل حجم و توده محصول
• بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع
• دوست دار محیط زیست
• فرآیندی به صرفه و اقتصادی
• قابلیت ایجاد تحولی بزرگ در صنایع کلیدی مهم کشور
• راهی مناسب، ارزان و در درسترس برای ورود به بازار های جهانی
• جزء لاینفک تصمیمات مدیران این حوزه باشد.’

منبع : ستاد نانو