Atmosferische plasmabehandeling van textiel ... - Hogeschool Gent

Hogeschool Gent
Plasma: vierde aggregatietoestand voor het 'droog' en 'proper' voorbehandelen en
Van Hove, Tom
Published in:
UNITEX. Tweemaandelijks Tijdschrift voor de Textielindustrie
Publication date:
2003
Link to publication
Citation for pulished version (APA):
Van Hove, T. (2003). Plasma: vierde aggregatietoestand voor het 'droog' en 'proper' voorbehandelen en
veredelen van textiel - Onderzoeksresultaten deel 1. UNITEX. Tweemaandelijks Tijdschrift voor de
Textielindustrie, (6), 8-15
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners
and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.
• You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Download date: 26. jul. 2013

3ODVPD YLHUGH DJJUHJDWLHWRHVWDQG YRRU KHW µGURRJ
HQ µSURSHU YRRUEHKDQGHOHQ HQ YHUHGHOHQ YDQ WH[WLHO
Tom Van Hove
Hogeschool Gent, CTO - TO2C
Voskenslaan 362 – B-9000 Gent
e-mail: Tom.Vanhove@hogent.be
,QOHLGLQJ
Gedurende januari 2002 – december 2004 wordt het HOBU-project “Plasma: vierde
aggregatietoestand voor het ‘droog’ en ‘proper’ voorbehandelen en veredelen van textiel”
uitgevoerd. In Unitex nr. 2 van jaargang 2003 is reeds een artikel verschenen waarin een
overzicht wordt gegeven van de atmosferische plasmasystemen waarover het TO2C beschikt,
nl. Corona, plasma toorts en WASKO. In dit artikel worden de principewerking van deze
toestellen beschreven samen met hun implementatiemogelijkheden in en hun potentiële
voordelen t.o.v. de klassieke textielprocessen. De onderstaande publicatie heeft als doel de
eerste onderzoeksresultaten weer te geven betreffende integratie van de drie hierboven
aangehaalde plasmasystemen in bestaande textieltoepassingen.
&RURQD DSSOLFDWLH YLROHW PHGLXP YRRU HFRQRPLVFK HQ
HFRORJLVFK VXFFHV
'H WHFKQLHN &RURQD
Bij Corona behandeling wordt het textiel getransporteerd door een behandelingsstation
dat voorzien is van twee hoogspanningselektroden en van een tegenelektrode (d.i. een geaarde
wals). Door het opwekken van een hoogspanning wordt de aangezogen omgevingslucht
geïoniseerd, waardoor een atmosferisch plasma ontstaat. Het is een geheel van actieve en
niet-actieve componenten: elektronen, radicalen, fotonen, ionen,… Bij inwerking van het
opgewekte plasma op textiel zijn een aantal effecten te onderscheiden. Het belangrijkste is de
inbouw van nieuwe functionaliteiten (lees: hydrofiele groepen) aan gecreëerde actieve
plaatsen. Daarnaast ontstaat een etsing op micro- of zelfs nanoschaal van het oppervlak.
Door inwerking van het plasma ondergaat het substraat bovendien een fijnreiniging. Zeer
belangrijk is dat al deze effecten slechts topochemisch gebeuren. Dat brengt met zich mee dat
de hydrofiliteit van het substraat sterk stijgt en dat de bulkeigenschappen van het textiel
(treksterkte, elasticiteit, greep, scheurweerstand,…) niet of nauwelijks beïnvloed worden. De
functionalisering van het oppervlak opent nieuwe mogelijkheden in het oplossen van
bestaande problemen in de textielsector. Een aantal hiervan worden hieronder beschreven.
7RHSDVVLQJVPRJHOLMNKHGHQ YDQ &RURQD
,QYORHG RS KHW YHUIJHGUDJ
De specifieke eigenschappen van microweefsels zijn genoegzaam bekend: water- en
winddicht, comfortabel want ademend. Zoals de naam laat vermoeden zijn deze weefsels

opgebouwd uit microfijne filamenten (< 1dTEXpf). Naar verfgedrag toe heeft dat belangrijke
consequenties. Door de microfijne structuur hebben deze weefsels een zeer groot specifiek
oppervlak in vergelijking met de klassieke weefsels. Dat leidt er toe dat om een bepaalde
kleurdiepte te bekomen een veelvoud aan kleurstof moet worden aangeverfd (cfr wet van
Lambert-Beer) in vergelijking met de klassiek gebruikte garens. Diepe tinten zoals marine en
zwart zijn hierdoor echter zo goed als onbereikbaar. Microweefsels linken aan
plasmatechnieken is een logische denkpiste: microweefsels met hun zeer groot specifiek
oppervlak sluiten nauw aan bij de zuiver topochemisch werkende plasma systemen. De
navenante stijging van de hydrofiliteit door toepassing van een plasmabehandeling op
microweefsels kan mogelijks het optrekken van de kleurstof op de vezel verbeteren. Er kan
immers een betere interactie ontstaan tussen substraat en verfvlot. Indien dat het geval is, kan
er sneller geverfd worden én zijn diepe tinten beter haalbaar.
Een aantal richtinggevende testen zijn in dit kader uitgevoerd. Zo zijn er atmosferische
(Corona) en vacuüm (Europlasma) plasma behandelingen uitgevoerd op polyester en
polyamide microweefsels. Telkens wordt een scherpe stijging van de hydrofiliteit vastgesteld.
In tabel 1 worden de hydrofiliteitswaarden opgenomen. De tijd t stemt overeen met de
benodigde tijd voor volledige uitspreiding van een druppel van een 10 % glucose-oplossing.
De hoogte H is de opstijghoogte van een bepaalde kleurstofoplossing gedurende 40 seconden.
Bepaling van de oppervlaktespanning is een problematische aangelegenheid in geval van
textiel. Voor vlakke substraten zonder porositeiten zoals plastics wordt vaak de 8QLRQ
&DUELGH test toegepast. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een reeks van testvloeistoffen met
variërende oppervlaktespanning. Uitstrijken van deze testvloeistoffen en beoordeling van het
bijhorende vloeigedrag laten toe de oppervlaktespanning te bepalen. Op textiel is dat
gecompliceerder aangezien capillariteit naast de eigenlijke oppervlaktespanning van het
textiel een belangrijke rol speelt. Hier is er voor geopteerd de oppervlaktespanning te bepalen
aan de hand van een reeks testvloeistoffen met gekende oppervlaktespanning. Steeds wordt er
bepaald van welke vloeistof een druppel na vijf seconden helemaal uitgespreid is. Aan de
oppervlaktespanning van het textiel wordt dan een waarde toegekend die gelegen is tussen de
oppervlaktespanning van deze testvloeistof én de oppervlaktespanning van de testvloeistof die
zich net hoger bevindt in de reeks, maar geen bevochtiging geeft binnen de vijf seconden.
Het textielsubstraat wordt immers pas bevochtigd wanneer de oppervlaktespanning van het
substraat groter is dan de oppervlaktespanning van de vloeistof.
VXEVWUDDW SODVPDEHKDQGHOLQJ WLMG W KRRJWH + RSS VS
3(6 PLFUR blanco staal = geen plasma 6’ 0,6 cm < 30 mN/m
ZHHIVHO atmosferisch: Corona 30" 0,9 cm 60 - 65 mN/m
vacuüm 20" 3,9 cm 73 - 82 mN/m
3$ PLFUR blanco staal = geen plasma 12' 0,8 cm 30 - 35 mN/m
ZHHIVHO Atmosferisch: Corona 1' 05" 1,6 cm 35 - 41 mN/m
vacuüm 1' 2,4 cm 41 - 46 mN/m
Tabel 1: Invloed van plasmabehandelingen op de hydrofiliteit van microweefsels
Uit tabel 1 is af te leiden dat de stijging van de hydrofiliteit groter is bij een vacuüm plasma
behandeling in vergelijking met &RURQD WUHDWPHQW. Dat is logisch: een vacuümbehandeling
wordt tweezijdig uitgevoerd en de inwerkingsduur van het plasma is merkelijk langer.
Na de beide plasmabehandelingen op het polyamide en polyester microweefsel zijn
discontinue verfproeven uitgevoerd. Niettegenstaande de stijging van de hydrofiliteit kan
zowel voor polyamide als polyester geen verandering in het verfgedrag worden vastgesteld.
Zo blijven verfkarakteristieken als egaliteit, doorverving, verfsnelheid en verfrendement

ongewijzigd. Voor de volledigheid zijn identieke proeven uitgevoerd op klassieke polyester
en polyamide weefsels. Hierbij is logischerwijze ook geen verandering in het discontinu
verfgedrag vast te stellen. De klassieke weefsels hebben immers een merkelijk kleiner
specifiek oppervlak dan de microweefsels. Plasma behandeling is dan ook minder effectief.
Wanneer er wordt teruggegaan tot de basisbeginselen van het verven is een gelijkblijvend
verfgedrag na het uitvoeren van een plasma behandeling te verklaren. De uitgeteste plasma
behandelingen op polyester etsen het oppervlak en bouwen hydrofiele groepen in aan dit
oppervlak. Hierdoor stijgt de hydrofiliteit sterk. Polyester wordt geverfd bij pH-waarden van
4,5 – 5 met dispersie kleurstoffen. Dat zijn kleurstoffen die geen ioniseerbare groepen
bevatten. Oplading van de topochemisch ingebouwde hydrofiele groepen door plasma
behandeling op polyester zal dus geen rechstreekse invloed hebben op de ladingsloze
dispersie kleurstoffen. Adsorptie van de dispersie kleurstof aan polyester zal dan ook niet
beïnvloed worden door de ingebouwde polaire groepen. De etsing van het oppervlak kan dat
mogelijk wél. Een ander verfgedrag is hier echter niet vastgesteld. Vermoedelijk wordt de
adsorptie van de kleurstof dus niet gewijzigd. Er is geen enkele reden om aan te nemen dat
diffusie en fixatie van de kleurstof in de vezel worden gewijzigd. Bij polyester wordt er
doorgaans discontinu geverfd bij 130°C. Dat is ruimschoots boven de glastemperatuur van
80°C, waardoor de polyester vezel zich opent. Hierdoor kunnen de dispersie kleurstoffen in
de vezel solubiliseren. Topochemische functionalisatie van het polyesterweefsel wijzigt het
fundamentele verfproces dan ook niet.
Bij polyamide is de zaak iets complexer aangezien oplaadbare groepen een belangrijke impact
kunnen hebben op het verfproces. De hier uitgevoerde vervingen zijn in zuur milieu
uitgevoerd. De door plasma ingebouwde groepen zullen vermoedelijk tot een positieve
nettolading leiden. Zo zullen bijvoorbeeld de COOH-groepen niet geïoniseerd zijn en zullen
de NH2-groepen positief opgeladen zijn. Deze positieve oplading leidt tot een grotere
aantrekking van de negatieve zure kleurstoffen, waardoor er sneller kan geverfd worden. Hier
wordt echter geen verhoging van de verfsnelheid vastgesteld. De oplading van de door
plasma geïnduceerde groepen is dus waarschijnlijk verwaarloosbaar. Adsorptie, diffusie en
fixatie van de kleurstoffen blijven theoretisch gezien ongewijzigd.
Het gelijkblijvend verfgedrag ondanks plasma behandeling hoeft geen eindpunt te zijn
voor plasma-applicatie op gebied van verven. Zo mag niet uit het oog verloren worden dat
het steeds gaat om labovervingen. Dat betekent dat er wordt uitgegaan van ideale
verfcondities die bij industriële applicatie niet gelden. Niet alle substraten zijn even goed
bevochtigbaar en bij continu applicaties komt er een belangrijke tijdsrestrictie bij. Polyester
gordelriemen bijvoorbeeld worden momenteel continu geverfd met dispersie kleurstoffen
volgens het pad thermosol-procédé aan hoge snelheden. Deze snelheden reiken gemakkelijk
boven 80 m/min. De hoge snelheden in combinatie met de structuur van de gordelriemen (2
mm dikte) zorgen ervoor dat het verfgedrag problematisch is. Zo zijn doorverving en egaliteit
vaak onvoldoende. Piloottesten hebben aangetoond dat een voorafgaandelijke plasma
behandeling (Corona of toorts) leidt tot een hydrofieler substraat en een navenant egalere
verving. In figuur 1 wordt een visuele impressie gegeven van geverfde stalen zonder en mét
plasma voorbehandeling.

Figuur 1: Verbetering van de egaliteit door plasma behandeling bij continu verven
Plasma behandeling als een voor- of nabehandeling bij het verven kan een manier zijn
om GLIIHUHQWLDO G\HLQJ effecten te bekomen. Creatief omspringen met plasma technologie
moet zeker nieuwe mogelijkheden kunnen creëren. Verschillende invalshoeken zijn hierbij
mogelijk. Zo kunnen met een Corona of toortsbehandeling selectief eerder aangebrachte
chemicaliën verwijderd worden. Denken we bijvoorbeeld aan de klassiek gebruikte
chemicaliën in de textielindustrie zoals zouten, alkali, zuren, reductiemiddelen of
fluorkoolwaterstoffen. Via vacuümtechnologie is het reeds mogelijk aminogroepen in te
bouwen op verschillende textielsubstraten. Toorts- of WASKO-behandelingen met geschikte
stikstofgassen moeten dat theoretisch gezien ook kunnen. Deze denkpiste kan uitgewerkt
worden als een soort voorbehandeling van textiel bij het verven met zure kleurstoffen wat
mogelijk leidt tot specialiteitseffecten. Plasma technologie heeft niet alleen de potentie om
geïntegreerd te worden in verfprocessen. Ook in druktoepassingen zijn er mogelijkheden.
Denken we bijvoorbeeld aan de hechting van bedrukkingen en de doordringdiepte van
drukpasta’ s in poolweefsels.

(OLPLQDWLH YDQ QDWPDNHUV
Natmakers zijn universeel gebruikte hulpmiddelen bij discontinue en continue
processen. Ze verlagen de oppervlaktespanning van het vlot waardoor textielsubstraten op
een afdoende wijze bevochtigd worden. Indien het textiel op een continue wijze hydrofoob of
oleofoob gemaakt wordt, kan de gebruikte natmaker achterblijven op het substraat. Daardoor
ontstaat een negatieve invloed op het water- of olie-afstotend vermogen. De bedoeling is de
natmaker in het foulardbad te elimineren door voor het foularderen een Corona behandeling
toe te passen op het textiel. Door zo’ n bestraling stijgt immers de hydrofiliteit van het
substraat, waardoor de vlotopname normaliter ook beter moet verlopen. In een eerste fase
wordt nagegaan of de natmaker kan geëlimineerd worden door vooraf te gaan bestralen.
Nadien wordt de invloed van verschillende types natmakers én van een Corona-behandeling
nagegaan bij een oleofobering.
2QGHU]RHN YDQ GH VXEVWLWXHHUEDDUKHLG YDQ GH QDWPDNHU LQ KHW IRXODUGEDG GRRU
YRRUDIJDDQGHOLMN HHQ &RURQD EHKDQGHOLQJ WRH WH SDVVHQ
Als basisgrondstof wordt gewerkt met ecru katoen, omdat dit een slechte vlotopname
vertoont bij foularderen. Om een referentie te creëren wordt dit ecru katoen gefoulardeerd
met zacht water. De pick-up wordt bij verschillende snelheden, maar bij eenzelfde druk,
vastgesteld. Nadien wordt ecru katoen op eenzelfde wijze gefoulardeerd, maar aan het
foulardbad wordt supplementair een standaardhoeveelheid natmaker toegevoegd. De
mogelijke substitutie van de natmaker door eerst een Corona-behandeling uit te voeren wordt
nagegaan door ecru katoen eens eenzijdig en eens tweezijdig te bestralen. De pick-ups
worden dan opnieuw opgetekend bij de verschillende foulardsnelheden. In tabel 2 worden de
resultaten weergegeven.
VQHOKHLG
IRXODUG
SLFN XS HFUX
NDWRHQ IRXODUGHUHQ
PHW ZDWHU
SLFN XS HFUX
NDWRHQ IRXODUGHUHQ
PHW
ZDWHU QDWPDNHU
SLFN XS HFUX
NDWRHQ &RURQD
HHQ]LMGLJ N:
IRXODUGHUHQ PHW
ZDWHU
SLFN XS HFUX
NDWRHQ &RURQD
WZHH]LMGLJ N:
IRXODUGHUHQ PHW
ZDWHU
10 m/min 39,94% 57,24% 63,39% 64,25%
20 m/min 38,41% 53,30% 61,73% 62,16%
30 m/min 36,10% 47,40% 53,27% 61,68%
Tabel 2: Eliminatie natmaker door een Corona-behandeling
9DVWVWHOOLQJHQ
Door ecru katoen te behandelen met Corona neemt de hydrofiliteit sterk toe.
Vetten/wassen worden immers gedeeltelijk verwijderd én er gebeurt een inbouw van
hydrofiele groepen aan het oppervlak van het substraat. Hierdoor stijgt de pick-up sterk bij
het foularderen. Deze wordt zelfs groter dan bij het gebruik van een natmaker in het
foulardbad. De bestraling tweezijdig uitvoeren heeft weinig zin: door een eenzijdige
behandeling stijgt de hydrofiliteit reeds voldoende.
Uit het voorgaande is af te leiden dat een natmaker te vervangen is door een gepaste
Corona behandeling. Dat kan zowel gebeuren op niveau van voorbehandelen, verven en
appreteren. Een dergelijk concept kan probleemoplossend werken. Nu is men soms
genoodzaakt voor het hydro- of oleofoberen een wasproces toe te passen om restanten van
natmakers afkomstig van andere processen te verwijderen, ten einde een goed water- of olie-

afstotend effect te bekomen. Deze extra bewerking wordt overbodig als de natmaker
vervangen kan worden door een bestraling. Dat leidt tot een besparing van water, energie en
natuurlijk ook van de natmaker zelf.
&RURQD EHKDQGHOLQJ HQ GH LQYORHG YDQ YHUVFKLOOHQGH W\SHV QDWPDNHUV ELM
ROHRIREHUHQ
Als grondstof wordt voorbehandeld katoen gebruikt, waarop steeds 1% of 2%
fluorkoolwaterstof-dispersie wordt geappreteerd. De variërende parameter is het al of niet
gebruiken van een bepaald type natmaker. Als referenties worden stalen gemaakt waarop de
twee percentages fluorcarbons zijn aangebracht, en waarbij geen natmaker wordt gebruikt.
Daarnaast worden stalen aangemaakt waarbij eens een hittestabiele en eens een niethittestabiele
natmaker worden gebruikt bij het foularderen. Isopropanol als natmaker is een
ander uitgetest alternatief. De niet-hittestabiele natmaker gecombineerd met fluorcarbons en
een extender wordt voor de volledigheid ook uitgeprobeerd. Ten slotte worden op tweezijdig
bestraald katoen de twee hoeveelheden fluorkoolwaterstoffen toegepast. Het bekomen
oleofoob effect wordt steeds beoordeeld via de AATCC Test Method 18. Hierbij wordt
gebruik gemaakt van acht verschillende koolwaterstoffen met afnemende
oppervlaktespanning. Deze vloeistoffen krijgen een AATCC-graad van 1 tot en met 8. Hoe
groter de bekomen graad, hoe beter het olie-afstotend vermogen. In tabel 3 worden de
resultaten weergegeven.
3URHI ) .:6 ) .:6
geen natmaker 2 6
hittestabiele natmaker

werken aan het oppervlak van het substraat, waar zij de door Corona ingebouwde hydrofiele
groepen ‘maskeren’ . Bovendien is de stijging van de hydrofiliteit van zo’ n bestraling slechts
tijdelijk. Bestralen dient zich dus aan als een volwaardig alternatief voor het gebruik van een
natmaker.
&RURQD EHKDQGHOLQJ WHU RQGHUVWHXQLQJ YDQ FRDWLQJ HQ ODPLQHHUSURFHVVHQ
6LWXHULQJ
Er wordt steeds meer gebruik gemaakt van allerlei nieuwe polymeren. Deze
polymeren hebben vaak een gebrek aan polaire groepen en beschikken dan ook over een
navenante lage oppervlaktespanning. Dat levert onvermijdelijk problemen op bij de hechting
van de klassieke coatings op deze substraten. Bovendien kunnen allerlei al of niet
gemigreerde additieven en contaminanten beperkend optreden: smeermiddelen,
spinensimages, anti-oxidantia, vetten en wassen,... Bekende voorbeelden zijn de polyolefines
(polyetheen en polypropeen). Deze interessante (want goedkope) polymeren hebben een
uitgesproken apolair karakter door het ontbreken van hydrofiele groepen. Zonder specifieke
behandeling zijn deze materialen moeilijk of zelfs helemaal niet te coaten. Een elegante
manier om ze een goed adhesievermogen te bezorgen is het toepassen van een
plasmabehandeling. Momenteel zijn atmosferische plasmatechnieken state-of-the-art in de
plasticindustrie. Corona’ s worden er veelvuldig ingezet om polymeren bedrukbaar,
verlijmbaar, lakbaar,... te maken. De link met textielproducten is snel gemaakt. Het gaat
hierbij immers om dezelfde polymeren, zij het in vezel-, filament- of weefselvorm. Deze
andere verschijningsvorm heeft als voordeel dat het specifiek oppervlak véél groter is in
vergelijking met plastic filmen. Het textielpolymeer kan dus optimaal interageren met het
topochemisch werkende plasma. Daarnaast is het een belangrijke vaststelling dat hechting
zich afspeelt op het oppervlak van het textielmateriaal.
Plasma behandelingen zijn uitstekende voorbehandelingen voor een daaropvolgend
coatingproces, en dit om verschillende redenen:
Er gebeurt een inbouw van hydrofiele groepen aan het oppervlak bij plasma
behandeling. Deze IXQFWLRQDOLVHULQJ speelt in op de fysico-chemische adhesie tussen
coating en substraat.
Er gebeurt een HWVLQJ op micro- of zelfs nanoschaal van het behandelde substraat. De
etsing ontstaat doordat het inwerkende plasma polymeerketens aan het oppervlak
doorbreekt, waardoor ze loskomen van het substraat. Deze etsing is anisotroop, dus
onregelmatig. Belangrijk is dat enkel het oppervlak wordt geëtst, de bulkeigenschappen
blijven in principe ongewijzigd. In figuur 2 wordt een geëtst oppervlak van een PP-vezel
voorgesteld. De etsing bevordert vooral de mechanische adhesie: er ontstaan extra
hechtingspunten, of nog het contactoppervlak coating-substraat stijgt sterk.

Figuur 2: Etsing van polypropyleen voor (links) en na (rechts) een atmosferische plasmabehandeling
Door plasma behandeling gebeurt er een RSSHUYODNWHUHLQLJLQJ. Voor adhesie
belemmerende stoffen zoals spinensimages, smeermiddelen, anti-oxidantie,... worden
selectief geëlimineerd.
Door een plasma voorbehandeling stijgt de bevochtigingbaarheid van het substraat.
&RDWLQJV GULQJHQ ELMJHYROJ GLHSHU GRRU LQ KHW VXEVWUDDW en hechten er dus beter mee.
3RVLWLHYH LQYORHG YDQ &RURQD RS DGKHVLH NDUDNWHULVWLHNHQ
Wanneer polyethyleen of polypropyleen weefsels worden gecoat, treedt er vaak een
onvoldoende hechting op tussen coating en substraat. Dat wordt vooral veroorzaakt door de
apolaire natuur van deze materialen. Nog aanwezige spin finishes kunnen ook beperkend
optreden. Daarbij komt dat de aangebrachte coatings niet optimaal te fixeren zijn aangezien
PE en PP niet thermostabiel zijn bij hogere temperaturen. Bovendien beschikt niet iedereen in
de industrie over een voldoend lange fixeerlijn, waardoor de aangebrachte coatings dan te
kortstondig worden gecured. In deze studie is industrieel uitgetest of een Corona
voorbehandeling de adheerbaarheid van polyacrylaat en polyurethaan coatings op ruw PEweefsel
kan bewerkstelligen. Omwille van de hierboven aangehaalde redenen is de hechting
van deze coatings zonder voorbehandeling ruim onvoldoende. Door echter een Corona
voorbehandeling toe te passen op het PE-weefsel stijgt de adheerbaarheid markant. Bij het
uitvoeren van genormaliseerde afpeltesten (DIN 54 310: Trennung von fixiertem Einlagestoff
vom Oberstoff) wordt bijvoorbeeld vastgesteld dat de gemiddelde afpelkracht verhoogt van
3,872 N tot 35,431 N, in het geval van een PUR-coating. En dat enkel door een eenvoudige
Corona voorbehandeling.
Atmosferische plasma behandelingen zijn niet alleen interessant voor
coatingprocessen. Ook in het geval van lamineren zijn er mogelijkheden. De hieronder
beschreven test bevestigt dat laminaten beter te hechten zijn op substraten door een
voorafgaandelijke Coronisatie. In deze test wordt een PE-folie via een acrylaatlijm verlijmd
op een PP-weefsel. De invloed van een &RURQD WUHDWPHQW wordt nagegaan door afwissend het
PP-weefsel, de PE-folie of beide materialen te coroniseren. De positieve impact op de
adhesie van de folie op het weefsel is aangetoond door afpeltesten uit te voeren. De resultaten
worden voorgesteld in onderstaande tabel.
VWDDO JHP DISHONUDFKW
blanco = geen Corona 0,903N
enkel Corona op PP-weefsel 4,236 N
enkel Corona op PE-folie 3,479 N
Corona op PP-weefsel en op PE-folie 6,327 N
Tabel 4: Afpeltesten bij lamineren van PE-folie op PP-weefsel

Uit tabel 4 is af te leiden dat Corona behandelingen op de folie of op het weefsel de adhesie
ten goede komen. Het beste resultaat wordt dan ook bekomen wanneer zowel de folie als het
weefsel gecoroniseerd worden.
Door creatief om te springen met de bestaande plasmasystemen kunnen
adhesiekarakteristieken merkelijk verbeteren. Zo bestaat er de mogelijkheid om een aantal
plasma toortsen naast elkaar te installeren. Deze toortsen kunnen intermittent toegepast
worden op substraten als een soort voorbehandeling voor een daaropvolgend coating- of
lamineerproces. Hiermee wordt beoogd sterke plaatselijke verankeringspunten in te bouwen
voor de coating of het laminaat. Dit systeem fungeert dan als een soort extra puntcoating
binnen een bestaande hechtingsstructuur.

3ODVPD WRRUWV
+HW FRQFHSW SODVPD WRRUWV
In het geval van de plasma toorts worden een generator, een hoogspanningstrans-
formator en een sproeikop gebruikt. De ontlading gebeurt in de sproeikop en het hierbij
gecreëerde plasma wordt via perslucht naar buiten gevoerd. Door de sproeikop te laten
roteren wordt een effectieve behandelingsbreedte van 3 cm bekomen. Door twee dergelijke
koppen op een roterende schijf te plaatsen kan de behandelingsbreedte opgedreven worden tot
een tiental cm. Een aantal van die schijven naast elkaar plaatsen maakt plasmabehandeling op
industriële breedtes mogelijk
De plasma toorts is een compact en eenvoudig te manipuleren toestel, waarbij voor
een goede werking drie zaken vereist zijn: een aansluiting op netspanning (230 V), perslucht
(4 bar) en een afzuiging. Door zijn karakteristieken is het toestel eenvoudig in bestaande in
line systemen te integreren.
De plasma behandeling met een bepaalde toorts gebeurt bij een snelheid van 6 tot 120
m/min. De toegepaste snelheid hangt af van de afstand tot en de dikte van het substraat. De
afstand tot het substraat kan 1 tot 4 cm bedragen, maar ligt meestal tussen 1 en 2 cm. Bij
gebruik van een batterij roterende toortsen kan tot een breedte van 2 meter gewerkt worden,
bij een snelheid van 50 m/min.
7RHSDVVLQJVPRJHOLMNKHGHQ YDQ SODVPD WRRUWV RS WH[WLHO
,QOHLGLQJ
De plasma toortstechnologie wordt momenteel toegepast op glas, rubber, plasics,
keramiek, composieten en metaal. Er kunnen driedimensionale vormen behandeld worden,
aangezien het plasma ook in ruimtes kan binnendringen. Vaak wordt een toortsbehandeling
uitgevoerd als een soort voorbehandeling voor een daaropvolgend kleef- of lakproces, dat ter
verbetering van de adhesie. De belangrijkste effecten bij een toortsbehandeling zijn immers
stijging van de hydrofiliteit door inbouw van polaire groepen aan het oppervlak, een reiniging
én etsing op microschaal van dat oppervlak.
Materialen zoals plastics, rubbers en stalen platen kennen een vlak en regelmatig
oppervlak. Toortsbehandeling op deze materialen leidt dan ook in normale omstandigheden
niet tot aantasting. Toortsbehandeling op textiel daarentegen is een delicater gegeven.
Textiel kent immers een onregelmatige textuur en hoogteverschillen, wat leidt tot een groot
specifiek oppervlak. Dit grote specifiek oppervlak in combinatie met het krachtige en
energetische plasma opgewekt via de toorts leidt veel sneller tot beschadiging. Inderdaad, een
onaangepaste toortsbehandeling op bijvoorbeeld polyesterweefsel leidt direct tot degradatie.
In een eerste fase relaxeren de PES-filamenten. Bij een verdere aantasting zijn microscopisch
al smeltdruppels waarneembaar. Een eenvoudige evaluatietechniek om eventuele
vezelaantasting na te gaan is het uitvoeren van een kortstondige discontinue verving met
dispersie kleurstoffen. De gerelaxeerde en gesmolten filamentdeeltjes nemen immers reeds
bij lage verftemperaturen (90°C) veel kleurstof op i.t.t. niet aangetaste filamenten. In figuur 3
wordt een microscopisch beeld weergegeven van een kortstondig geverfd PES-staal, dat door
een voorafgaandelijke toortsbehandeling aangetast is. De gezwollen filamenten verven samen
met de smeltdruppels diep rood aan. De onderliggende filamenten vertonen geen aanverving,
wat erop wijst dat ze niet beschadigd zijn. Hieruit valt af te leiden dat de tussenafstand toortssubstraat
bij toortsbehandeling op polyesterweefsel een kritische parameter is.

Figuur 3: Microscopisch beeld van een beschadigd PES-weefsel na
toortsbehandeling én kortstondige verving
De hierboven beschreven proef wijst op de nood aan een adequate instelling van de
procescondities (snelheid substraat, afstand toorts – textiel, toegepast vermogen) bij
toepassing van een plasma toorts op textielmaterialen.
6WLMJLQJ YDQ GH K\GURILOLWHLW VWDELOLWHLW YDQ KHW HIIHFW
Door een passende toortsbehandeling (d.i. geen degradatie) toe te passen wordt textiel
gemodificeerd op een manier die goed vergelijkbaar is met een Corona behandeling.
Vooreerst gebeurt er een inbouw van hydrofiele groepen, waardoor de hydrofiliteit en de
adheerbaarheid van de behandelde substraten sterk stijgen. Daarnaast wordt het oppervlak
van het materiaal geëtst en gereinigd.
Om de stijging van de hydrofiliteit na te gaan samen met de permanentie ervan zijn
volgende proeven uitgevoerd. Op voorbehandeld polyester en polyamide weefsel zijn
standaard toortsbehandelingen uitgevoerd. De hydrofiliteit van de bestraalde stalen is
gekwantificeerd door bepaling van de tijd t benodigd voor opname van een standaard
kleurstofdruppel. Deze bepaling is op geijkte tijdstippen gebeurd: direct na de bestraling, na
0,5 h, na 3 h, na 1 dag, na 3 dagen, na 2 weken én na 1 maand. In de tussentijd worden de
bestraalde stalen blootgesteld aan een normaalatmosfeer. Parallelle testen worden uitgevoerd
op gecoroniseerde samples. In figuren 4 en 5 worden de resultaten grafisch weergegeven.

WLMG RSQDPH
NOHXUVWRIGUXSSHO LQ
PLQXWHQ
6WDELOLWHLW SODVPD HIIHFW RS 3(6 ZHHIVHO
GLUHFW QD
K
QD K QD
GDJ
Figuur 4: Stabiliteit plasma-effect op PES-weefsel
WLMG RSQDPH NOHXUVWRIGUXSSHO
LQ PLQXWHQ
QD
GDJHQ
QD
ZHNHQ
WLMGVWLS EHSDOLQJ K\GURILOLWHLW QD EHVWUDOLQJ
WRRUWV VWDQGDDUG WRRUWV VWDQGDDUG
&RURQD JHHQ SODVPD
6WDELOLWHLW SODVPD HIIHFW RS 3$ ZHHIVHO
GLUHFW QD
K
QD K QD
GDJ
Figuur 5: Stabiliteit plasma-effect op PA-weefsel
9DVWVWHOOLQJHQ
QD
GDJHQ
WLMGVWLS EHSDOLQJ K\GURILOLWHLW
QD
ZHNHQ
WRRUWV VWDQGDDUG WRRUWV VWDQGDDUG
&RURQD JHHQ SODVPD
QD
PDDQG
QD
PDDQG
Zowel een toorts- als een Corona behandeling leiden tot een stijging van de
hydrofiliteit van het polyester weefsel. Dat wordt vooral veroorzaakt door de inbouw van
hydrofiele groepen aan het oppervlak. Het effect is echter van tijdelijke aard. Door een
bestraald substraat in een normaalatmosfeer te brengen ontstaat er een geleidelijke ompoling

van de ingebouwde topochemische polaire groepen in de polymeermatrix. De
omgevingslucht is immers een lage energiemedium. Een andere invloedsfactor is de migratie
van vezeladditieven naar het oppervlak, waar ze het plasma-effect als het ware gaan
maskeren. Het gevolg is dat er een langzame daling ontstaat van het geïnduceerde hydrofiele
effect. Na een maand is het verschijnsel zo goed als verdwenen. Voor continue toepassingen
is deze vaststelling minder relevant. Bij discontinue applicaties kunnen er evenwel
belangrijke distorties optreden. Het afnemend hydrofiel effect hoeft echter niet altijd
beperkend te zijn. Bij toepassingen zoals foularderen krijgt het materiaal niet de tijd om zich
opnieuw aan te passen. Bij bijvoorbeeld discontinue verfprocessen is dat wél het geval. De
‘omgeklapte’ hydrofiele groepen krijgen in het hoge energiemedium water immers de tijd om
zich opnieuw naar buiten te richten, zodat ze hun positieve werking opnieuw kunnen
uitoefenen.
Voor bestralingen van het polyamide weefsel kunnen dezelfde opmerkingen gemaakt
worden als voor het polyester weefsel. De vermindering van de hydrofiliteit is bij het geteste
PA-weefsel evenwel minder uitgesproken. Dat bevestigt het vermoeden dat de permanentie
van het plasma-effect nauw samenhangt met het substraattype en zijn karakteristieken.
Een permanente stijging van de hydrofiliteit creëren via (atmosferische)
plasmatechnieken is een interessante optie. Denken we bijvoorbeeld aan de verbetering van
het zweettransport en het was- en droogvermogen. Via de Corona of de plasma toorts is
permanentie niet of moeilijk haalbaar. De SODVPD WRUFK levert wel een sterk energetisch
plasma dat de potentie heeft blijvende hydrofiele effecten te creëren. Op textiel ligt dat echter
moeilijk aangezien de bijhorende applicatie met de plasma toorts het textiel in vele gevallen
zal beschadigen. Op substraten zoals rubber en metaal valt deze limitatie wel weg.
Een mogelijke oplossing om de daling van de hydrofiliteit tegen te gaan is de door plasma
ingebouwde groepen verhinderen om om te polen door ze vast te zetten aan het oppervlak.
Concreet kan dat misschien worden bewerkstelligd door een WASKO-behandeling (Corona +
aërosol) met tensides.
7RRUWVEHKDQGHOLQJHQ JHwQWHJUHHUG ELQQHQ YHUISURFHVVHQ
Er zijn een aantal oriënterende proeven gebeurd betreffende de implementatie van de
plasma toorts in discontinue verfprocessen. Zo zijn er standaard toortsbehandelingen
uitgevoerd op klassieke polyester en polyamide weefsels en op hun equivalent in
microweefselvorm evenals op ecru en voorbehandelde katoenweefsels. Niettegenstaande er
door deze behandeling een stijging van de hydrofiliteit en een verruwing van het oppervlak
ontstaan, blijft het discontinu verfgedrag ongewijzigd; en dat zowel naar verfsnelheid,
verfrendement, egaliteit en doorverving toe. Om een maximale inwerking te hebben van het
plasma zijn er ook toortsbehandelingen uitgevoerd op polyester-, polyamide- en katoengarens.
Het verfgedrag wijzigt evenwel opnieuw niet.
9HUZLMGHULQJ YDQ VSLQHQVLPDJHV GRRU SODVPDEHKDQGHOLQJHQ
Het voorbehandelen van polyamide en polyester weefsels is gewoonlijk beperkt tot het
verwijderen van spinensimages en/of sterkmiddelen (in water oplosbare polyesters of
polyacrylaten). Momenteel gebeurt dat door een wasproces. In dit onderzoek is er nagegaan
of deze voorbehandeling geheel of gedeeltelijk kan vervangen worden door een atmosferische
plasma behandeling. Indien dat mogelijk is, kan dat leiden tot een besparing van water
(wasproces elimineren), energie (drogen na wasproces) en chemicaliën (wasmiddelen).

Economische en ecologische voordelen dienen zich dan aan. Spinensimages zorgen nu vaak
voor problemen in allerlei processen. Zo kunnen spin finishes (of de restanten ervan)
aanleiding geven tot ongewenste dampen bij thermische processen (drogen, fixeren,
textureren) of kunnen ze ingebakken worden. Daarnaast kunnen spinensimages limiterend
optreden bij verfprocessen: anorganische substanties kunnen bevochtigingsproblemen
veroorzaken of kunnen bovendrijven in bijvoorbeeld foulardbaden. Door hun apolair karakter
kunnen spinensimages ook leiden tot hechtingsproblemen bij coating- of lamineerprocessen.
De elimineerbaarheid van spin finishes wordt nagegaan door ecru polyester weefsel te
bestralen met de Corona of de plasma toorts. Door extracties met petroleumether 40 – 60 C
wordt de verwijderde hoeveelheid spinensimages bepaald. Daarnaast worden er ook
extracties met methanol (polair solvent) uitgevoerd om de oxidatie van de spinensimages te
onderzoeken. In onderstaande figuur worden de resultaten weergegeven.
9HUZLMGHULQJ YDQ VSLQHQVLPDJHV GRRU DWPRVIHULVFK SODVPD
¢¡ ¦
¢¡¨¦
¢¡¨¨¦
¢¡¨¥§¦
¢¡¨¦
¢¡¨ ¦
¢¡¤£¦
¢¡¤£©¨¦
¢¡¤£¢¥§¦
© ©©
§ ©
©
©©
©
Figuur 6: Verwijdering van spinensimages door atmosferisch plasma
9DVWVWHOOLQJHQ
Zowel bij Corona als de plasma toorts gebeurt er een zekere verwijdering van de
spinensimages. Het inwerkende plasma kan immers organische polymeren degraderen tot
CO2, CO en water. De verwijdering is echter zo beperkt dat ze verwaarloosbaar is. Door
extracties uit te voeren met methanol worden iets grotere hoeveelheden geëxtraheerd na
plasma behandeling. Dat wijst erop dat door de uitgevoerde plasma behandelingen een zekere
oxidatie van de spinensimages heeft plaatsgevonden. Deze oxidatie samen genomen met de
minimale verwijdering van de spinensimages zal niettemin leiden tot een beter bevochtigbaar
substraat. Wasprocessen voor de verwijdering van de ensimages kunnen daardoor theoretisch
ingekort worden.
De (te) beperkte verwijdering van spinensimages door atmosferische plasma
behandelingen kan verklaard worden door een aantal redenen. Zo bestaat er vermoedelijk een

‘bereikbaarheidsprobleem’ tussen het opgewekte plasma en de spin finishes.
Niettegenstaande het topochemisch werkende plasma min of meer fungeert als een gas kan
het immers niet altijd optimaal interageren met spinensimages, die zich niet noodzakelijk op
het oppervlak van het substraat bevinden. Spin finishes zijn doorgaans een heterogene
samenstelling van organische verbindingen: vetzuren, vetzure esters, polyethers,… Plasma’ s
zijn nu wel in staat polymeerkettingen te doorbreken, indien ze bereikbaar zijn voor het
plasma én indien de ketenlengte van deze polymeren beperkt blijft. Verwijdering van spin
finishes door plasma steunt immers op degradatie van deze finishes tot vluchtige
degradatieproducten. De huidig gebruikte spin finish formulaties voldoen echter meestal niet
aan deze voorwaarde. Dat er niettemin mogelijkheden zijn wordt bevestigd door
onderstaande proef. Hierbij wordt op voorbehandeld katoen ongeveer 5% vetzuur
gefoulardeerd. Nadien worden atmosferische plasma behandelingen toegepast. Via extracties
met petroleumether 40 – 60 °C wordt de verwijderde hoeveelheid vetzuur bepaald. De
resultaten worden voorgesteld in tabel 5.
6WDDO YHW]XXU
katoen: gefoulardeerd met vetzuur 4,90%
katoen: gefoulardeerd met vetzuur; nadien: Corona 2,97%
katoen: gefoulardeerd met vetzuur; nadien: plasma toorts 3,55%
Tabel 5: Vetzuurpercentages voor en na bestralen
Uit tabel 5 is af te leiden dat via een atmosferisch plasma een organische verbinding als
vetzuur wel degelijk te verwijderen is. Bij een Corona behandeling is zelfs ongeveer de helft
van het aangebrachte vetzuur elimineerbaar. Deze proef bevestigt twee hypotheses.
Vooreerst zijn via atmosferisch plasma organische verbindingen te verwijderen, indien de
ketenlengte beperkt is. Daarnaast moet de organische verbinding goed bereikbaar zijn voor
het plasma (bij foularderen wordt het vetzuur vooral oppervlakkig aangebracht).

:$6.2 &RURQD PLQLPDOH DGG RQ
Bij het WASKO-toestel is het mogelijk onmiddellijk na de Corona-activatie van het
substraat een injectie uit te voeren van chemicaliën in aërosolvorm of van gassen. Indien er
gewerkt wordt met aërosolen zijn er twee belangrijke aandachtspunten. Eerst en vooral moet
het toe te passen chemicalie aërosoleerbaar zijn. Daarnaast is het belangrijk in te zien dat er
slechts een zeer minieme hoeveelheid product wordt aangebracht. Het gaat als het ware om
een tweede generatie van een minimale add on-techniek. In combinatie met een Coronaactivatie
kan een minimale hoeveelheid product echter meetbare effecten opleveren. De
bedoeling is enerzijds het toestel te integreren in bestaande textielprocessen als een soort
procesondersteuning. Hierdoor wordt het klassiek toegepaste proces vereenvoudigd door
kortere behandelingstijden, lagere temperaturen, minder vlot,… Verschillende invalshoeken
zijn hierbij mogelijk. Zo kan een WASKO-behandeling geïntegreerd worden binnen de
klassiek toegepaste voorbehandelingsstappen (ontsterken, afkoken, bleken, wasprocessen) of
veredelingsprocessen. Anderzijds kan het WASKO-toestel gebruikt worden om bestaande of
nieuwsoortige effecten op textielsubstraten te introduceren. Ruime mogelijkheden bieden
zich aan. Er wordt o.a. gedacht aan hydro- en oleofobe eigenschappen, brandwerendheid,
barrièrevorming, antistatische behandelingen, adhesiepromotoren,… Vooralsnog blijft deze
nieuwsoortige techniek een black box, die zijn geheimen nog moet prijsgeven.
'DQNZRRUG
Het project “Plasma: vierde aggregatietoestand voor het ‘droog’ en ‘proper’
voorbehandelen en veredelen van textiel” is een project verricht met de steun van het Vlaamse
Gewest – IWT.