Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Plasma deposition of coatings with antimicrobial properties of organic polymer

Paulina Dziadczyk

Abstract

Introduction Films of organic materials are used in the packaging industry, in construction, electrical engineering, horticulture, orchards, and in medicine. Organic materials used as packaging for food products reduce the permeability of microorganisms and gases such as oxygen or water vapor, protecting them from rapid deterioration [1]. Air, moisture, microorganisms, temperature, light, cleanness of rooms and storage time have an impact on the quality of stored foods. Microorganisms acting on food include bacteria, molds and fungi. The largest group of microorganisms are bacteria, which create the greatest threat to food [2]. Nowadays, preservatives are widely used as food additives. Therefore, due to them it is possible to effectively prevent the unfavorable food spoilage, extend durability of raw materials, intermediate products and finished products as well as to prevent adverse changes during storage. The following chemical compounds are used as preservatives: sulfur dioxide, sulfites, benzoates, nitrites and many others [3]. In order to eliminate or reduce the level of preservatives in food, research is conducted to obtain active packaging, which were characterized by antimicrobial properties. Such packaging is achieved, inter alia, as a result of plasma modification of materials in order to apply on its surface substances inhibiting the growth of bacteria. The aim of this study was to characterize the properties of coatings for antimicrobial polyamide-polyethylene films. Results and discussion Deposition process was carried out for 1-10 minutes, using a PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) in PDBD barrier discharge, at atmospheric pressure. Coatings were precursors SO2 and Na2O. Coatings were obtained from mixtures of Ar + (0 - 1.4% SO2), 50% Ar + 50% (Ar + 0.7 - 1.4% SO2), Ar + (0 - 1.4% SO2) + Na2O and a mixture of Ar + Na2O, at earlier film surface plasma etching in argon. Sodium oxide was introduced to the reactor in the form of pairs of Na2O obtained by sublimation at: 300°C, 450°C, 530°C, 640°C. For modified films the following tests were performed: contact angle, water vapor permeability and bacteriological tests. During bacteriological studies, the degree of inhibition of Salmonella bacteria from a group of Gram (-) and that of Staphylococcus aureus from a group of Gram (+) were determined. For comparison, similar studies were carried out for plasma unmodified films - surface. 64 It was found that the plasma modification of contact angle decreased with respect to raw film by as much as half. No close relationship combining the hydrophilic properties of the antimicrobial properties was found. Water vapor permeability tests were aimed at checking whether the deposition process does not destroy the film. Deposited coatings improved the degree of film sealing towards water vapor permeability. Film barrier properties compared to that of the unmodified film have been improved even by 85%. The highest degree of inhibition of 16% for Salmonella and 8% for Staphylococcus aureus were obtained for films with a coating containing sulfur and deposited from mixtures of Ar + 0,1% SO2 and Ar + 0,7% SO2. Coatings deposited from a mixture of Ar + Na2O sublimed at 300°C exhibited, in relation to Salmonella, the degree of inhibition of up to 10%. Conclusions It was found that the films obtained by plasma modification, containing sulfur or sodium, exhibit better antimicrobial properties for the Salmonella of Gram (-) group than that for bacteria. Staphylococcus aureus with Gram (+) group. Plasma-deposited coatings have sealing properties against water vapor up to about 60%. Films obtained by this method can be used as packaging for food products.
Record ID
WUT551c9cb4662b43088eb13449e603033f
Diploma type
Master of Science
Author
Paulina Dziadczyk Paulina Dziadczyk,, Undefined Affiliation
Title in Polish
Plazmowe osadzanie powłok o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych na tworzywach organicznych
Supervisor
Zenobia Rżanek-Boroch (FC/CChT) Zenobia Rżanek-Boroch,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Chemical Technology (FC/CChT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
16-01-2012
Issue date (year)
2012
Keywords in Polish
-
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Wprowadzenie Folie z tworzyw organicznych są stosowane w przemyśle opakowaniowym, w budownictwie, elektrotechnice, ogrodnictwie, sadownictwie oraz w medycynie. Tworzywa organiczne stosowane jako opakowania produktów spożywczych ograniczają przepuszczalność drobnoustrojów oraz gazów takich jak tlen czy para wodna chroniąc je przed szybkim zepsuciem [1]. Na jakość przechowywanej żywność mają wpływ: powietrze, wilgoć, drobnoustroje, temperatura, światło, czystość pomieszczeń oraz czas przechowywania. Drobnoustroje działające na żywność to bakterie, pleśnie i grzyby. Najliczniejszą grupę drobnoustrojów stanowią bakterie, które stwarzają największe zagrożenie dla żywności [2]. W dzisiejszych czasach na szeroką skalę stosuje się konserwanty jako dodatki do żywności. Dzięki nim można w skuteczny sposób hamować lub zapobiegać niekorzystnemu procesowi psucia się żywności, przedłużać trwałość surowców, półproduktów i wyrobów gotowych jak również zapobiegać niekorzystnym zmianom podczas ich przechowywania Jako konserwanty stosuje się następujące związki chemiczne np.: dwutlenek siarki, siarczyny, benzoesany, azotyny i wiele innych [3]. W celu wyeliminowania lub zmniejszenia zawartości konserwantów w żywności prowadzi się badania nad uzyskaniem opakowań aktywnych, które charakteryzowały by się właściwościami przeciwdrobnoustrojowymi. Opakowanie takie uzyskuje się między innymi w wyniku modyfikacji plazmowej tworzywa w celu naniesienia na jej powierzchnię substancji hamującej rozrost bakterii. Celem pracy było uzyskanie powłok charakteryzujących się właściwościami przeciwdrobnoustrojowymi na foliach poliamidowo-polietylenowych. Wyniki i dyskusja Proces osadzania prowadzono, przez 1-10minut, metodą PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) w wyładowaniu barierowym PDBD, pod ciśnieniem atmosferycznym. Prekursorami powłok było SO2 i Na2O.Powłoki uzyskiwano z mieszanin: Ar + (0-1,4% SO2), 50%Ar + 50%(Ar + 0,7 -1,4%SO2), Ar + (0-1,4%SO2)+Na2O oraz z mieszaniny Ar + Na2O, przy wcześniejszym plazmowym podtrawianiu folii w argonie. Tlenek sodu podawano do reaktora w postaci par uzyskiwanych przez sublimację Na2O w temperaturach: 300°C, 450°C, 530°C, 640°C. 62 Dla zmodyfikowanych folii wykonano badania: kąta zwilżania, przepuszczalności pary wodnej oraz badania bakteriologiczne. Podczas badań bakteriologicznych określano stopień zahamowania rozwoju bakterii Salmonella z grupy Gram (-) oraz bakterii Staphylococcus aureus z grupy Gram (+). Dla porównania analogiczne badania wykonano dla folii niemodyfikowanej plazmowo – podłoża. Stwierdzono, że modyfikacja plazmowa spowodowała zmniejszenie kąta zwilżania w stosunku do folii surowej nawet o połowę. Nie znaleziono ścisłej relacji, która łączyłaby właściwości hydrofilowe z właściwościami przeciwdrobnoustrojowymi. Badania przenikalności pary wodnej miały na celu sprawdzenie czy proces osadzania nie niszczy folii. Osadzane powłoki poprawiły stopień uszczelnienia folii na przenikalność pary wodnej. Właściwości barierowe folii w porównaniu z folią niemodyfikowaną zostały poprawione nawet w 85%. Najwyższy stopień inhibicji 16% dla bakterii Salmonella i 8% dla bakterii Staphylococcus aureus uzyskały folie z powłoką zawierającą siarkę i osadzaną z mieszanin Ar + 0,1% SO2 oraz Ar + 0,7% SO2. Powłoki osadzone z mieszaniny Ar + Na2O sublimowanego w temperaturze 300oC wykazywały w stosunku do bakterii Salmonella stopień inhibicji do 10%. Wnioski Stwierdzono, że uzyskane w wyniku modyfikacji plazmowej folie zawierające siarkę lub sód wykazują lepsze właściwości przeciwdrobnoustrojowe dla bakterii Salmonella z rodziny Gram (-) niż dla bakterii. Staphylococcus aureus z rodziny Gram (+). Plazmowo osadzane powłoki mają własności uszczelniające w stosunku do pary wodnej maksymalnie do ok. 60%. Uzyskane tą metodą folie, mogą znaleźć zastosowane jako opakowania do produktów żywnościowych.
File
  • File: 1
    ___Praca Dyplomowa Paulina Anna Dziadczyk _.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT551c9cb4662b43088eb13449e603033f/
URN
urn:pw-repo:WUT551c9cb4662b43088eb13449e603033f

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page