Effect of plasma treatment on the surface properties of polylactic acid films

Abstract

Plasma treatment is one of the methods currently used to obtain polymeric materials with surface properties appropriate to the functionality for which they were designed. However, the effects achieved after surface modification are not always long lasting and involve chemical and physical changes in the outermost layer. In this context, the effects of both argon and oxygen plasma on polylactic acid (PLA) films deposited on titanium were studied to determine which physical and chemical processes occur at the surface, and their duration. Regarding physical surface changes, there were scarcely any differences between both plasmas: roughness was very similar after treatments, root mean square height (Sq) being 10 times higher than the control, without plasma. Water contact angle (WCA) showed that the surface became more hydrophilic after application of the plasma, although hydrophilization was longer lasting in the case of argon treatment.

With regard to chemical changes, it was observed that the argon plasma treatment caused greater fragmentation of the polymer chains, and increased crosslinking between them. ToF-SIMS analysis made it possible to propose mechanisms to explain the formation of the fragments observed.

El tratamiento con plasma es uno de los métodos utilizados actualmente para obtener materiales poliméricos con propiedades superficiales adecuadas a la funcionalidad para la que fueron diseñados. Sin embargo, los efectos conseguidos tras la modificación superficial no siempre son duraderos e implican cambios químicos y físicos en la capa más externa. En este contexto, se estudiaron los efectos del plasma de argón y oxígeno sobre películas de ácido poliláctico (PLA) depositadas sobre titanio, para determinar qué procesos físicos y químicos se producen en la superficie, y su duración. En cuanto a los cambios físicos de la superficie, apenas hubo diferencias entre ambos plasmas: la rugosidad fue muy similar tras los tratamientos, siendo la altura cuadrática media (Sq) 10 veces superior a la del control, sin plasma. El ángulo de contacto con el agua (WCA) mostró que la superficie se volvió más hidrófila tras la aplicación del plasma, aunque la hidrofilización fue más duradera en el caso del tratamiento con argón.

En cuanto a los cambios químicos, se observó que el tratamiento con plasma de argón provocó una mayor fragmentación de las cadenas poliméricas y un aumento del entrecruzamiento entre ellas. El análisis ToF-SIMS permitió proponer mecanismos para explicar la formación de los fragmentos observados.