Studio di processi al plasma freddo a pressione atmosferica per il trattamento delle fibre tessili

The main goals of my thesis project were to study, characterize and optimize the interaction of different atmospheric plasmas with textile materials (wool and cotton), to determine the effects of such interactions on the treated materials and to correlate them with the specific experimental conditions used. This thesis deals with the application of non-thermal plasmas to textile fibers and materials to achieve desired effects and properties such as anti-shrinking, anti-felting, wetting and the activation for wet finishing. The analysis of the plasma processed gas was performed by FT-IR and APCI mass spectrometry. The results of this characterization allow us to understand the chemical oxidation phenomena. The plasma treatment on wool fibers produces wettability and anti-shrinking properties, this effects are due to the oxidation and to the roughness imparted to the treatment. The plasma treatment on the cotton fibers increases the hydrophilicity for the formation of new polar species and radicals on the surface: two wet finishing were applied to test the effects of plasma pre-treatment. Finally, using OES we succeeded in characterizing a few important systems related to the gas composition and the radiative active specie of plasma (including radicals, ions, atoms or excited molecules). In conclusion, the results of the research carried out for my doctoral thesis show that non-thermal plasma holds great promise for the treatment of fabrics: it offers the advantage of doing away with costly and environmentally impacting wet processes while at the same time producing similar or even better results in the treated materials.

Il mio progetto di tesi ha riguardato lo studio, la caratterizzazione e l’ottimizzazione delle interazioni di diversi plasmi atmosferici con il materiale tessile (in particolare lana e cotone), determinando gli effetti che tale interazione produce sul materiale trattato e correlandola alle specifiche condizioni utilizzate. Lo scopo fortemente applicativo era quello di ottenere particolari proprietà ed effetti come l’antirestringimento, la bagnabilità, l’attivazione per successivi finissaggi liquidi. La caratterizzazione del gas di processo mediante spettroscopia FTIR e spettrometria di massa APCI ha permesso di comprendere la chimica dei fenomeni di ossidazione alla base degli effetti del trattamento. Il trattamento sulla fibra di lana produce una forte bagnabilità ed effetti di anti-restringimento, correlabili all'ossidazione della superficie e all'aumentata rugosità. Il trattamento sulla fibra di cotone aumenta l'idrofilicità della fibra per la formazione di radicali e nuove specie polari sulla superficie: sono stati applicati due finissaggi liquidi per verificare gli effetti del pretrattamento al plasma. Infine utilizzando di una tecnica diagnostica come la spettroscopia ottica di emissione è stato possibile caratterizzare alcuni importanti sistemi di emissione dovuti alla presenza di specie eccitate di atomi, molecole, radicali e ioni presenti in un plasma atmosferico. I risultati della ricerca effettuata per il dottorato dimostrano che il plasma atmosferico non termico rappresenta una grande promessa per il trattamento dei tessuti: offre il vantaggio di sostituire o di migliorare i processi liquidi costosi e di forte impatto ambientale e al tempo stesso di ottenere risultati simili o anche migliori nei materiali trattati.