Pyrosil Flame Plasma
Il trattamento PYROSIL è un processo di deposizione chimica da vapore per combustione (CCVD) utilizzato per migliorare l'adesione sulle superfici da incollare. PYROSIL è un processo al plasma a scarica luminescente condotto in condizioni ambientali. Il trattamento PYROSIL è una tecnica di modifica superficiale che deposita uno strato amorfo di biossido di silicio (SiO2) sulla superficie di un substrato tramite Deposizione Chimica da Vapore per Combustione (CCVD). SURA Instruments GmbH ha sviluppato negli anni '80 le apparecchiature e i processi che hanno portato alla prima commercializzazione di successo della tecnologia utilizzata per aumentare l'incollaggio con gli adesivi. Mediante flame-pirolisi, sul substrato si può ottenere uno strato sottile (5 – 100 nm) di ossido di silicio altamente reattivo e idrofobo. Di conseguenza, si crea una superficie idrofila definita grazie all'elevata densità di gruppi Si-OH sulla superficie delle particelle di SiO2 depositate e alla rugosità su scala nanometrica. I film contenenti silicio trovano numerose applicazioni per polimeri, vetro, ceramiche e metalli. Nel processo, il prodotto da trattare viene fatto passare attraverso una fiamma laminare di gas, drogata con un materiale precursore contenente silicio (PYROSIL), in modo simile al trattamento a fiamma tradizionale. Grazie alla breve interazione fiamma-substrato, il processo può essere impiegato su materie plastiche sensibili alla temperatura.
La Deposizione Chimica da Vapore per Combustione (CCVD) è un processo chimico mediante il quale rivestimenti a film sottile vengono depositati su substrati in atmosfera aperta. Nel processo CCVD, un composto precursore viene aggiunto al gas in combustione. La fiamma viene fatta scorrere a ridosso della superficie da rivestire. L'elevata energia presente nella fiamma converte i precursori in intermedi altamente reattivi, che reagiscono facilmente con il substrato, formando un deposito saldamente aderente. La microstruttura e lo spessore dello strato depositato sono controllati da parametri di processo quali la velocità del substrato o della fiamma, il numero di passate, la temperatura del substrato e la distanza tra fiamma e substrato. Gli strati di biossido di silicio sono i più comunemente depositati. Gli strati appena depositati sono altamente reattivi e possono quindi fungere da strati promotori di adesione per rivestimenti polimerici e incollaggio.
PYROSIL a confronto con il trattamento a fiamma
PYROSIL e il trattamento tradizionale a plasma a fiamma presentano somiglianze di processo, ma la chimica della fiamma e il meccanismo di funzionalizzazione superficiale sono diversi. Entrambi i metodi sono processi di ossidazione superficiale in fase gassosa in cui la combustione di un combustibile idrocarburico, in condizioni controllate, genera il plasma a fiamma che modifica la superficie del substrato. Le fiamme laminari premiscelate producono una reazione esotermica. La fiamma PYROSIL ha un colore rosato, mentre il colore del trattamento a fiamma tradizionale è bluastro. Vedere la Foto 1 di riferimento. La differenza principale è che PYROSIL produce SiO2, mentre il trattamento a fiamma no. Di conseguenza, si crea una superficie idrofila definita grazie all'elevata densità di gruppi Si-OH sulla superficie delle particelle di SiO2 depositate. Vengono utilizzate apparecchiature di combustione simili, bruciatori a nastro e impostazioni/controllo di processo analoghi. Le tre principali variabili di controllo del processo sono la chimica della fiamma, la distanza del substrato dalla fiamma e il tempo di permanenza del trattamento. Il trattamento deve avvenire nella zona luminosa principale della reazione, ossia in zona ossidante.
Per PYROSIL, un'equazione per la combustione del composto organosilicico tetrametilsilano "TMS" e la formazione di SiO2 è:
Si(CH3)4 + 13 O2 + C3H8 — SiO2 + 10 H2O + 7 CO2
Per il trattamento a fiamma con gas naturale, la seguente equazione descrive la reazione di combustione:
CH4 + 2O2 + 8N2 — CO2 + 2H2O + 8N2
Entrambe le reazioni di combustione producono come sottoprodotti CO2 e H2O.
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