Polimeri se široko koriste u ambalažnoj industriji jer su jednostavni za obradu, fleksibilni, kemijski stabilni pri nižim temperaturama i cjenovno pristupačni. Ključna uloga ambalažne industrije je zaštita proizvoda od okolišnih čimbenika poput vlage, kisika i mikrobne kontaminacije koji mogu uzrokovati kvarenje hrane i predstavljati zdravstveni rizik. Među polimerima posebno se ističe polietilen tereftalat (PET) zbog svoje visoke prozirnosti, dimenzijske stabilnosti te dobrih toplinskih i mehaničkih svojstava.
Međutim, mnogi komercijalni polimeri imaju neadekvatna površinska svojstva poput niske površinske energije, slabe adhezije i površinske morfologije. Kako bi se prevladala navedena ograničenja uz zadržavanje poželjnih svojstava u volumenu polimera primjenjuju se različite metode modifikacije površine. Jedan od obećavajućih pristupa je obrada hladnom plazmom koja može uvesti različite funkcionalne skupine na površinu polimera, ovisno o plinu korištenim za generiranje plazme. U kombinaciji s ugradnjom nanočestica, poput cinkova oksida (ZnO), ovaj pristup može dodatno poboljšati svojstva polimera povećanjem antimikrobne aktivnosti, poboljšanjem barijernih svojstava, biorazgradivosti i zaštite od UV zračenja.
U ovom istraživanju tim naših znanstvenika iz Grupe za plazmena i laserska primijenjena istraživanja, u suradnji s partnerima, proizveo je PET/ZnONP kompoziti primjenom jednostavne metode u dva koraka uz pomoć kisikove niskotlačne plazme omogućavajući obradu komercijalno dostupnih PET folija. Rad je objavljen u časopisu Surfaces and Interfaces.
Komercijalni PET supstrati prvobitno su tretirani s niskotlačnom kisikovom plazmom koja se proizvodi u plazmenom reaktoru industrijske veličine omogućavajući obradu većih površina što je ključno za potencijalnu industrijsku primjenu. Nakon aktivacije plazmom, koloidi ZnO nanočestica različitih koncentracija su naneseni na površini PET-a. ZnO nanočestice sintetizirane su metodom pulsne laserske ablacije u vodi čime se osigurava čist i dobro kontroliran postupak sinteze.
Obrada kisikovom plazmom značajno je povećala hidrofilnost i hrapavost površine PET-a (kontaktni kut vode smanjen je sa 78° na 4°, a hrapavost se povećala s 1.6 na 4.1 nm). Nakon inkorporacije ZnO nanočestica došlo je do djelomičnog povratka hidrofobnosti dok se hrapavost površine dodatno povećala na 15.3 nm. Dubinsko profiliranje PET-a detektiralo je cink do približno 500 nm ispod površine što ukazuje na uspješnu ugradnju nanočestica u površinskom sloju. Ispitivanja migracije nanočestica pokazala su minimalno otpuštanje cinka (0.45 % nakon 24 h) što upućuje na snažnu adheziju nanočestica i prikladnost za primjenu u ambalaži hrane. Nadalje, PET/ZnO kompozit pokazao je > 99.9 % antibakterijske učinkovitosti protiv bakterije Escherichia coli.
Tretman PET-a s kisikovom plazmom smanjio je propusnost kisika 154 puta dok je ugradnja ZnO nanočestica zadržala smanjenje od 139 puta uz dodatnu antibakterijsku funkcionalnost. Međutim, propusnost vodene pare nije se poboljšala nakon obrade s plazmom, a nakon ugradnje ZnO nanočestica nije se značajno promijenila propusnost. Kao rezultat toga, procijenjeni rok trajanja povećao se s približno 13 sati za netretirani PET na 84 dana za PET tretiran s kisikovom plazmom i 76 dana za PET/ZnO kompozit.
Predstavljena metoda je skalabilna te koristi komercijalno dostupne PET folije koje se tretiraju s hladnom plazmom u reaktoru industrijske veličine što dobivene kompozite čini obećavajućim, sigurnim i ekološki prihvatljivim materijalima za napredne primjene u ambalažnoj industriji.
Cijeli rad dostupan je na poveznici: 10.1016/j.surfin.2026.108905