АдгезияРори Вульф1
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Инжиниринг, 2010, 2, 397-402 doi:10.4236/eng.2010.26052 Опубликовано в Интернете в июне 2010 г. (http://www.SciRP.org/journal/eng) Роль плазменной обработки поверхности в смачивании и Адгезия Рори Вульф 1 , Амелия Каролина Спаравинья 2 1 Корпорация Энеркон Индастриз,Водопад Меномони,Висконсин,США 2 Дипартименто ди Физика,Политехнический университет Турина, Турин,Италия:rwolf@enerconmail.com,amelia.sparavigna@polito.it Получено в декабре9, 2009;пересмотренный февраль13, 2010;принято февраль18, 2010 Абстрактный Существует множество текущих и возникающих проблем со смачиванием и адгезией, которые требуют дополнительной обработки поверхности для улучшения межфазных свойств поверхности. Неполярные материалы, такие как полимеры, имеют низкую поверхностную энергию и поэтому обычно требуют обработки поверхности для улучшения смачивания красок и покрытия. Одним из способов увеличения поверхностной энергии и реактивности является бомбардировка поверхности полимера атмосферной плазмой. Когда ионизированный газ подается на полимер, на его поверхности возникают эффекты абляции, сшивки и активации. В этой статье мы проанализируем роль плазмы и ее использование в повышении поверхностной энергии для достижения смачиваемости и улучшения адгезии полимерных поверхностей. Ключевые слова:Атмосферная плазма, обработка поверхности, полимерные пленки 1. Введение усовершенствований, технология атмосферно-плазменной обработки свидетельствует о преимуществах в повышении смачиваемости и адгезии полимерных поверхностей [2-8]. Недавно проведенные эксперименты с плазменной обработкой в сочетании с привитой сополимеризацией [9-11], которые использовались для усиления осаждения из паровой фазы, показали наличие четкого барьерного осаждения. Эти барьеры, в соответствии с процедурами их нанесения, продемонстрировали гидрофобные, гидрофильные, антизапотевающие, биоцидные и антибактериальные результаты. Эти самые последние плазменные обработки могут иметь несколько применений для медицинских полимеров [12,13]. Процесс атмосферно-плазменной обработки (APT) был разработан для обработки/придания функциональности широкому спектру материалов и имеет преимущества по сравнению с используемыми в настоящее время технологиями обработки коронным разрядом, пламенем и грунтовкой для применения в гибкой упаковке. Система APT позволяет создавать однородную и однородную плазму высокой плотности при атмосферном давлении и низкой температуре, используя широкий спектр инертных и реактивных газов [14,15]. Здесь мы обсудим роль АПТ в увеличении энергии полимерной поверхности. Энергия приводит к последующему увеличению смачиваемости и адгезии. Упаковочная промышленность переживает технологическую революцию, направленную на повышение удобства и защиты потребителей, а также на предоставление новых решений для производства и цепочки сбыта. Таким образом, возникает множество проблем со смачиванием и адгезией, которые требуют дополнительной обработки поверхности для улучшения смачивания красок и покрытий и улучшения адгезии с этими и другими веществами для получения высокоэффективных композитных структур с полимерной и металлической фольгой. Адгезия — это проявление сил притяжения между атомами. Существует общее мнение о том, что притяжения за счет водорода и связи Ван-дер-Уоллса достаточно для образования клеевого соединения между полимерами [1]. Когда необходима адгезия полимеров с другими материалами, такими как металлическая фольга, требуются химические реакции на границе раздела, ведущие к ковалентным химическим связям [1,2]. Это означает, что необходимо присутствие высокореакционноспособных функциональных групп на поверхности. Одним из способов увеличения поверхностной энергии и реакционной способности является обработка поверхности полимерной подложки атмосферной плазмой, которая представляет собой ионизированный газ при атмосферном давлении. При воздействии плазменного газа на полимер на его поверхности возникают эффекты абляции, сшивки и активации. В то время как предварительная обработка поверхности коронным разрядом, пламенем и грунтовкой традиционно использовалась при подготовке готовых структур гибкой упаковки для нанесения графики и покрытия. 2. Процессы обработки атмосферной плазмой Если подложка имеет низкую поверхностную энергию, ее смачиваемость плохая, а адгезия покрытия очень низкая, и тогда требуется обработка поверхности для увеличения энергии. Есть несколько Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ Перевод: английский - русский - www.onlinedoctranslator.com 398 Р. ВОЛЬФ И ДРУГИЕ. методы для неполярных субстратов. Те, которые могут быть сконфигурированы как поточные системы обработки, служат экономичной альтернативой химическим грунтовкам, процессам периодической обработки, специальным покрытиям и клеям. Эти встроенные обработки в основном представляют собой коронный разряд, пламя и атмосферную плазму. Пламенная система создает поле пламенной плазмы, когда горючий газ и воздух объединяются и сгорают, образуя голубое пламя [8]. Кратковременное воздействие частиц в пламени влияет на распределение и плотность электронов на подложке и поляризует поверхностные молекулы посредством окисления. Этот метод также наносит другие функциональные химические группы, которые дополнительно способствуют смачиванию и адгезии краски. Система обработки коронным разрядом предназначена для увеличения поверхностной энергии пластиковых пленок, фольги и бумаги с целью улучшения смачиваемости и адгезии [16]. Система обработки коронным разрядом состоит из двух основных компонентов: источника питания и станции обработки. Устройство для обработки подает питание на подложку через воздушный зазор через пару электродов, один из которых находится под высоким потенциалом, а другой ролик, поддерживающий материал, находится под потенциалом земли. Только сторона материала, обращенная к электроду с высоким потенциалом, должна демонстрировать увеличение поверхностной энергии. Подобно коронному разряду, разряд атмосферной плазмы генерируется при атмосферном давлении. Этот метод основан не на воздухе, а на других газах, которые осаждают определенные химические группы на поверхности подложки для улучшения ее поверхностной энергии и адгезионных характеристик. Процесс APT воздействует на поверхности материалов аналогично процессу обработки вакуумной плазмой. Испытания производственного оборудования APT были проведены для обработки нескольких материалов, в том числе наиболее часто используемых в таких областях, как полипропилен, полиэтилен, полиэстер, полиамид и политетрафторэтилен. Поверхностная энергия обработанных материалов значительно увеличилась без какой-либо обработки обратной стороны или проколов [17], тем самым улучшая смачиваемость, способность к печати и адгезионные свойства. Процесс APT заключается в воздействии на полимер низкотемпературного тлеющего разряда высокой плотности. Рисунок 1 показан воздушный зазор, размер которого может составлять от 1,0 мм до 2,5 мм, между электродами, занятыми тлеющим прореагировавшим газом. Полимерные пленки проходят над нижним электродом, соединенным с землей. Образовавшаяся плазма представляет собой частично ионизированный газ, состоящий из больших концентраций возбужденных атомарных, молекулярных, ионных и свободнорадикальных частиц. Возбуждение молекул газа достигается путем воздействия на газ, подаваемый в открытой конструкции станции, электрическим полем, как правило, высокой частоты. Свободные электроны получают энергию от наложенного высокочастотного электрического поля, сталкиваясь с молекулами нейтрального газа и передавая энергию, диссоциируя молекулы с образованием многочисленных реактивных частиц. Именно взаимодействие этих возбужденных частиц Рис. 1. Воздушный зазор между электродами установки плазменной обработки Enercon, занятый тлеющим газом. Размер зазора может составлять от 1 мм до 2,5 мм. Полимерные пленки проходят над нижним электродом, соединенным с землей. с твердыми поверхностями, расположенными против плазмы, что приводит к химической и физической модификации поверхности материала. Воздействие плазмы на данный материал определяется химией реакций между поверхностью и реактивными частицами, присутствующими в плазме. При низких энергиях воздействия, обычно используемых для обработки поверхности, взаимодействие плазмы с поверхностью изменяет только поверхность материала; эффекты ограничиваются областью глубиной всего в несколько молекулярных слоев и не изменяют объемных свойств подложки. Результирующие изменения поверхности зависят от состава поверхности и используемого газа. Газы или смеси газов, используемые для плазменной обработки полимеров, могут включать N, Ar, O. 2 , He, закись азота, водяной пар, углекислый газ, метан, аммиак и другие. Каждый газ производит уникальный состав плазмы и приводит к различным поверхностным свойствам. Например, поверхностная энергия может быть очень быстро и эффективно увеличена за счет плазменного окисления. В зависимости от химического состава полимера и исходных газов замещение молекулярных фрагментов на поверхности может сделать полимеры очень смачиваемыми. Конкретный тип замещенных атомов или групп определяет удельный поверхностный потенциал. 3. Абляция, сшивка и активация Для любого состава газа три поверхностных процесса одновременно изменяют подложки гибкой упаковки, степень каждого из которых зависит от химического состава и переменных процесса: абляция, сшивание и активация [18]. В процессе абляции бомбардировка поверхности полимера свободными радикалами, электронами, ионами и излучением разрушает ковалентные связи основной цепи полимера, что приводит к образованию полимерных цепей с более низкой молекулярной массой. По мере того, как длинные молекулярные компоненты становятся короче, летучие побочные продукты олигомеров и мономеров испаряются (аблатируются) и уносятся выхлопными газами. Сшивка осуществляется инертным технологическим газом (Ar или He). Разрыв связи происходит на поверхности полимера. Но так как нет поглотителей свободных радикалов, он может Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ Р. ВОЛЬФ И ДРУГИЕ. 399 образуют связь с ближайшим свободным радикалом в другой цепи (поперечная связь). Активация представляет собой процесс, при котором функциональные группы поверхностного полимера замещаются другими атомами или химическими группами из плазмы. Как и в случае с абляцией, воздействие на поверхность энергетических частиц удаляет водород или разрушает основу полимера, создавая свободные радикалы. Кроме того, плазма содержит очень высокоэнергетическое УФ-излучение. Эта УФ-энергия создает дополнительные свободные радикалы на поверхности полимера. Свободные радикалы, которые термодинамически нестабильны, быстро реагируют с самой основной цепью полимера или с другими видами свободных радикалов, присутствующими на поверхности, с образованием стабильных ковалентно связанных атомов или более сложных групп. Применение атмосферной плазмы к готовым пленкам теоретизировалось и практиковалось для обеспечения определенной функциональности подложки основной пленки, достаточной для улучшения адгезии по сравнению с процессом обработки коронным разрядом [19,20]. Поскольку атмосферная плазма содержит высокореактивные частицы в плазме высокой плотности при атмосферном давлении, доказано, что она значительно увеличивает площадь поверхности и создает полярные группы на поверхности полимеров, так что возникает прочная ковалентная связь между подложкой и ее границей раздела. то есть, краски, покрытия и клеи). Поэтому было интересно модифицировать полимерную поверхность в атмосферной плазме и изучить любые изменения атомных связей по сравнению с необработанной поверхностью. Эту характеристику поверхности необработанных и обработанных полимерных пленок можно получить с помощью электронной спектроскопии для химического анализа (ESCA). Анализ поверхности с помощью ESCA (также известный как XPS, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия) выполняется путем облучения образца мягким рентгеновским излучением и анализа энергии выброшенных электронов. Когда образец облучается, образующиеся фотоэлектроны имеют энергию, зависящую от их исходной энергии связи. Типичный спектр ESCA представляет собой график зависимости количества электронов, обнаруженных в единицу времени, от их энергии связи. Каждый элемент дает характерный набор пиков при определенных значениях энергии связи, соответствующие электронным конфигурациям внутри атомов. Количество обнаруженных электронов в каждом пике напрямую связано с количеством элемента в облучаемой области. Затем ESCA можно было бы использовать для идентификации и определения концентрации элементов на поверхности [21]. фигура 2показаны спектры ESCA C1s для необработанной ПЭТ-пленки и ПЭТ-пленок после Ar/O. 2 плазменные процедуры. Анализ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии свидетельствует о модификации поверхности при плазменной обработке. В частности, сравнивая спектры C1s необработанных и обработанных образцов, мы отмечаем явное изменение количества функциональных групп. Напомним, что спектр C1s исходит от трех разных групп атомов углерода: относительная интенсивность структур при 289, 286,5 и 285 эВ соответствует атомам C в O-C=O, C-C-O и C- C- Связывающие позиции. Рис. 2. Спектры ESCA C1s в зависимости от энергии связи для необработанной ПЭТ-пленки и ПЭТ-пленок после коронирования и Ar/O 2 плазменные процедуры. фигура 2также показывает спектр образца, обработанного коронным разрядом. Интенсивность самого высокого пика, ароматического пика, уменьшается после обработки плазмой, тогда как обработка коронным разрядом, по-видимому, оставляет ее неизменной. Относительная интенсивность второго пика при 286,5 эВ уменьшается в случае образцов, обработанных плазмой. Уширение объединяет этот второй пик с первым (зеленая, синяя и фиолетовая линии). В случае образца, обработанного коронным разрядом (красная линия), второй пик сильно увеличивается. Третий пик при 289 эВ не меняется после обработки коронным разрядом, но уменьшается и расширяется при обработке плазмой. Пиковое уширение соответствует увеличению количества функциональных групп на поверхности полимера. Отметим разное поведение спектров, полученных от образцов после коронирования и Ar/O. 2 плазменные процедуры. Это может быть связано с тем, что обработка, проводимая в плазме инертными газами, вводит фрагменты кислорода на поверхность полимера во время постплазменной выдержки образцов в атмосфере [22, 23]. Плазменная обработка, содержащая аргон, вызывает разрыв некоторых связей, что приводит к образованию углеродных радикалов и эффектам поперечного скручивания. Поверхностное сшивание может конкурировать с процессом окисления, влияя на количество групп ковалентной связи, введенных плазменной обработкой [2, 24 и ссылки в них]. Это объясняет разницу результатов плазмы и короны в ESCA. Подробное обсуждение механизмов, вызывающих модификации поверхности ПЭТФ в Ar/O. 2 плазменная обработка предложена в Ref. [25]. 4. Поверхностная энергия и смачивание. Поверхностную энергию подложки можно оценить, смачивая ее жидкостями с известным поверхностным натяжением. Измерение может быть получено через угол контакта капли чистой жидкости с твердой подложкой, например, с помощью метода лежащей капли. В этом методе шприц направлен вертикально вниз на Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ 400 Р. ВОЛЬФ И ДРУГИЕ. поверхность образца осаждает жидкую каплю. Используемая жидкость называется жидкостью зонда, и требуется использование нескольких разных жидкостей зонда. Этот метод относительно прост. Если исследуемая твердая поверхность достаточно велика, несколько капель могут быть осаждены в разных местах на образце, чтобы определить возможную неоднородность. Для определения свободной поверхностной энергии полимера с его полярной и дисперсионной частями краевой угол измеряется рядом тестовых жидкостей и оценивается, например, по методу Ву [26]. Требуются не менее двух тестовых жидкостей с известным поверхностным натяжением и его полярным и дисперсионным вкладами. Каждая дополнительная жидкость повысит точность оценки. Необработанные полипропиленовые пленки, например, имеют очень низкую полярную часть поверхностной энергии. После обработки пламенем и коронным разрядом сильно увеличивается полярная часть: экспериментальные результаты показаны на рис.Таблица 1. Существуют и другие методы определения поверхностного натяжения (метод кольца Дю Нуи, метод Вильгельми, метод вращения и метод подвесной капли). С практической точки зрения, когда необходимо оценить поверхностную энергию, полученную с помощью коронных и плазменных обработок, размещенных в режиме реального времени в преобразовательных устройствах для печати и ламинирования, превалирует метод Dyne Solution [27]. Это предпочтительный метод определения поверхностной энергии полимерных пленок, обработанных специальным устройством, и он жизненно важен для конвертеров. Если подложка имеет низкую поверхностную энергию, ее смачиваемость плохая, а адгезия покрытия очень плохая, что приводит к плохим конечным результатам после печати. Поточные обработки, такие как коронный разряд, пламя и атмосферная плазма, оказывают сильное влияние на полярную составляющую поверхностной энергии, увеличивая ее и изменяя функциональные свойства поверхности материалов [19,20]. Эти материалы включают полимеры, такие как полиэстер, полиэтилен и полипропилен. Во многих отраслях промышленности требуется высокая поверхностная энергия (более 50 мН/м) для удовлетворительной смачиваемости, адгезии и пригодности для печати.Рисунок 3показаны линейные тренды поверхностной энергии полиэфирной (ПЭТ), полиэтиленовой (ПЭ) и полипропиленовой (ПП) пленок, обработанных по технологии атмосферно- плазменной обработки Enercon, с увеличением мощности. Газовая химия, применяемая для формирования однородного Рис. 3. Линейные тренды поверхностной энергии полиэфирных, полиэтиленовых и полипропиленовых пленок, обработанных по технологии атмосферно-плазменной обработки Enercon, в зависимости от увеличения мощности обработки. Атмосферная плазма высокой плотности включала Ar с небольшим процентным содержанием реактивных газов. Газохимия, обычно применяемая для каждого из этих материалов, следующая: для PP-Ar/O 2 , для ПЭ-Ар/О 2 /Ацетилен и для ПЭТ-Ар/О 2 Линейные тренды вРисунок 3были получены из измерений поверхностных энергий с помощью Dyne Solutions во время обработки в режиме реального времени. Как видно из ПЭТФ, его базовая (необработанная) поверхностная энергия составляет примерно 43 мН/ м. Это высокий показатель по сравнению с полиолефинами, поскольку полиэфир синтезируется с использованием очищенной терефталевой кислоты (ТФК) или ее диметилового эфира, диметилтерефталата (ДМТ) и моноэтиленгликоля (МЭГ) — достаточно полярных компонентов. Согласно измерениям Dyne Solutions, 6 Вт/мин/м 2 требуется для перемещения поверхностной энергии ПЭТ до значения 50 мН/м и 14 Вт/мин/м. 2 до достижения значения 60 мН/м. ПЭ представляет собой полимеризованную этиленовую смолу, содержащую как углерод, так и водород, с постоянным поверхностным натяжением около 31 мН/м и очень низкой полярностью. Хотя удельная мощность 14,5 Вт/мин/м 2 обычно требуется для достижения 50 мН/м, что значительно меньше среднего требования к коронному разряду, равного примерно 30 Вт/мин/м. 2 . ПП представляет собой термопластичный полиолефин с относительно высоким уровнем кристалличности и очень низкой полярностью. Он образуется путем полимеризации пропилена с подходящими катализаторами, такими как алкилалюминий и тетрахлорид титана. Его резидентное поверхностное натяжение составляет около 31 мН / м, опять же из-за его инертности. Хотя подвижность его цепи может быть значительно меньше, чем у других полиолефинов, атмосферная плазма может повысить его поверхностное натяжение до более чем 50 мН/м при обработке на уровне 18 Вт/мин/м. 2 . Опять же, это значительно ниже дозы коронного разряда, равной почти 50 Вт/мин/м. 2 , обычно требуется. (мН/м),_рассчитанные_по_методу_Ву_(см._[26])._фильм_Поверхность_Энергия'>Таблица 1. Поверхностные энергии и их дисперсионный и полярный вклады в (мН/м), рассчитанные по методу Ву (см. [26]). фильм Поверхность Энергия (мН/м) 29,98 38.50 39.19 дисперсионный Полярный 5. Эксперименты по адгезии (мН/м) 29,95 30.19 30.20 (мН/м) 0,03 8.31 8,99 Необработанный полипропилен Полипропилен, обработанный коронным разрядом ПП, обработанный пламенем Мы также сравнили влияние обработки поверхности плазмой и коронным разрядом на адгезию печати. Как и при оценке тренда поверхностной энергии, пробные прогоны были Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ Р. ВОЛЬФ И ДРУГИЕ. 401 на станции обработки коронным разрядом Enercon, а также на системе обработки плазмой Plasma3-Atmospheric Plasma, установленной на той же пилотной линии. Для всех тиражей полиэфирная пленка с покрытием PVDC подвергалась последующей обработке, а затем печаталась водными чернилами с использованием анилоксового валика с лазерной гравировкой. Отпечатанное изображение обеспечивало сплошное (100%) покрытие краской. Расчетный перенос краски (толщина) на пленку, основанный на объеме ячейки анилоксового валика, составляет приблизительно 1,9 мкм. Температура сушки отпечатанного полотна составляла 121°С, а температура полотна составляла 77°С. Уровни энергетической обработки, используемые в этой конструкции, и поверхностная энергия после обработки показаны на рис.Таблица 2. Оборудование для испытаний на трение/отслаивание, соответствующее стандартам испытаний (ASTM-D1894, -D4521, -D3330, TAPPI-T816, DIN-53375, BS-2782 и PSTC-1, 3, 4, 5), использовалось для испытаний набивного полиэстера. фильм. В протоколе тестирования использовалось двадцать измеренных итераций отслаивания для образцов без печати и с печатью, каждый из которых был обработан коронным разрядом и APT. Результаты в виде средних значений этих итераций приведены вТаблица 3. Данные об адгезии к отслаиванию показали, что при плотности мощности 10 Вт/мин/м 2 , напечатанный ПЭТ, обработанный APT, превзошел результаты адгезии отслаивания, зарегистрированные полиэстером, обработанным коронным разрядом. Более того, снижение адгезии красочного отслаивания между незапечатанным и обработанным коронным разрядом основным материалом по сравнению со снижением адгезии красочного отслаивания менее чем на 4% между незапечатанным и напечатанным базовым материалом, обработанным APT, предполагает, что Образование прочных ковалентных атомных связей на очищенной и однородной, гомогенно протравленной поверхности может способствовать лучшему закреплению чернил. Чтобы определить влияние на адгезию отслаивания в условиях, когда поверхностное натяжение, создаваемое как коронным разрядом, так и APT, было одинаковым, протоколы были повторены, а данные представлены в Таблица 4. Это условие было установлено снижением удельной мощности АПТ до 7 Вт/мин/м. 2 , чтобы достичь 46 мН/м. Этот набор данных об адгезии к отслаиванию указывает на то, что при уровне поверхностного натяжения 46 мН/м напечатанный полиэфир, обработанный APT, сохранял значительно более высокие показатели адгезии к отслаиванию по сравнению с напечатанным полиэфиром, обработанным коронным разрядом. Анализ показал, что необработанная полиэфирная пленка для гибкой упаковки, которая была подвергнута последующей обработке с помощью процесса APT, показала высокие уровни адгезии к отслаиванию по сравнению с полиэфирной пленкой, подвергнутой последующей обработке коронным разрядом, при плотности мощности 10 Вт/мин/м. 2 . Когда поверхностное натяжение после обработки уравнивалось между APT и коронным разрядом на уровне 46 мН/м, процесс обработки APT продолжал способствовать прочному закреплению краски по сравнению с коронным разрядом примерно на пятьдесят процентов. Сравнивать с экспериментальными данными, полученными другими исследовательскими группами, непросто, поскольку схемы экспериментальных установок отличаются. Наблюдалось совпадение с данными по увеличению прочности сцепления после воздушно- плазменной обработки, приведенными в работе [1]. 23. Это довольно интересный результат, потому что мы используем промышленные системы очистки. Другие данные по ПЭТ, такие как в Ref. [28], были получены в достаточно разных условиях и их невозможно сравнивать. Эти данные в любом случае свидетельствуют об увеличении адгезии после плазменной обработки. Различная прочность на отслаивание, полученная после обработки плазмой или коронным разрядом, обусловлена несколькими факторами. Обычно считается, что именно создание смачиваемой полярной поверхности отвечает за повышение прочности. Как отмечено в [23], это достаточное условие для образования прочных соединений. Необходимым условием является очистка поверхности и удаление с нее слабых пограничных слоев. Плазменная очистка хорошо известна и широко используется для получения чистых поверхностей. Кроме того, как видно из фотографий АСМ, поверхность после плазменной обработки приобретает шероховатость, что увеличивает эффективную площадь поверхности, пригодную для адгезии [23]. Таким образом, адгезии будут способствовать все эти факторы. Таблица 2. Переменные уровни, используемые в экспериментальном плане. Переменная Субстрат АПТ ПЭТ 23 мкм Корона ПЭТ 23 мкм Контроль ПЭТ 23 мкм Предварительная обработка Удельная мощность Никто 10 Вт/мин/м 2 54 мН/м Никто 10 Вт/мин/м 2 46 мН/м Никто Никто 40 мН/м Лечение после Уход Химия Химия чернил Гелий/О 2 На водной основе Никто На водной основе Никто Никто Таблица 3. Средняя адгезия к отслаиванию ПЭТ-пленки с печатью и без нее после обработки мощностью 10 Вт/мин/м 2 . Средняя адгезия к отслаиванию (Н/см) Образец Обработка коронным разрядом, без печати Обработка коронным разрядом, печать Плазменная обработка, без печати Плазменная обработка, печать 1,28 0,98 1,80 1,74 6. Выводы В данной работе мы обсудили обработку полимерных поверхностей атмосферной плазмой. Отметим, что система плазменной обработки может работать при низких температурах и атмосферном давлении, что исключает необходимость использования каких-либо вакуумных камер или насосов. Таким образом, атмосферная плазма обеспечивает те преимущества, которые плазменная технология имеет перед существующими технологиями обработки поверхности полимеров, без дополнительных затрат. Системы, которые мы использовали для исследования смачивания и Таблица 4. Средняя адгезия к отслаиванию ПЭТ-пленки с печатью и без нее при поверхностной энергии 46 мН/м. Средняя адгезия к отслаиванию (Н/см) Образец Обработка коронным разрядом, без печати Обработка коронным разрядом, печать Плазменная обработка, без печати Плазменная обработка, печать 1,28 0,98 1,60 1,45 Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ 402 Р. ВОЛЬФ И ДРУГИЕ. Адгезии являются коммерческими устройствами, что подтверждает возможность использования плазмы в промышленных преобразовательных системах. Было показано, что поверхностная энергия полимеров, обработанных системами атмосферной плазмы, существенно увеличивается, что значительно улучшает смачиваемость, пригодность для печати и адгезионные свойства. Испытания на отслаивание показывают, что процесс APT может улучшить адгезию краски по сравнению с обработкой коронным разрядом. Наш анализ адгезии показал, что переработчики гибкой упаковки, использующие водные чернила на структурах на основе полиэстера, могут улучшить адгезию чернил за счет использования систем обработки поверхности на основе APT вместо средств для обработки коронным разрядом. Уильям Эндрю Инк., Нью-Йорк, 2006 г. [14] Дж. Рис Рот, С. Нургостар и Т.А. Бондс, «Плазма тлеющего разряда с однородной атмосферой (OAUGDP)», Транзакции IEEE по науке о плазме, Том. 35, № 2, 2007, стр. 233-250. [15] Дж. Рис Рот, «Потенциальные промышленные применения плазмы однородного тлеющего разряда с одной атмосферой, работающей в окружающем воздухе», Физика плазмы , Том. 12, № 5, 2005, стр. 1-9. [16] Р.А. Вольф, «Обработка коронным разрядом: обзор процесса», IDS Packaging, 2007 г. [17] Р. Вольф, А. Спаравинья и Э. Дескрови, «Скрытые проблемы в обработке поверхности-I-Pinhole», Конвертер: Флессибили, Карта,картон, Том. 70, 2008, стр. 96-104. [18] Р. Д'Агостино, «Плазменное осаждение, обработка и травление полимеров: обработка и травление полимеров», Academic Press, Бостон, 1990. 7. Ссылки [1] Д.К. Оуэнс и Р.К. Вендт, «Оценка свободной поверхностной энергии полимеров». Журнал прикладных наук о полимерах, Том. 13, № 18, 1969, стр. 1741-1747. [19] С. Новак и О. М. Куттель, «Плазменная обработка полимеров для улучшения адгезионных свойств». Форум материаловедения, Том. 140-142, 1993, стр. 705-726. [2] YM Chung, MJ Jung, JG Han, MW Lee и YM Kim, «Влияние атмосферной радиочастотной плазмы на адгезию пленки». Тонкие твердые пленки, Том. 447-448, 2004, стр. 354-358. [20] Ф. Массин и Г. Гауда, «Сравнение обработки поверхности полипропилена нитевидными, гомогенными и тлеющими разрядами в гелии при атмосферном давлении», Журнал физики D:Прикладная физика, Том. 31, № 24, 1998, стр. 3411-3420. [3] Н. Инагаки, «Плазменная модификация поверхности и плазменная полимеризация», CRC Press, Бока-Ратон, 1996. [21] Дж. Ф. Молдер, В. Ф. Стикл, П. Е. Соболь и К. Д. Бомбен, «Руководство по рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии», Perkin-Elmer Corp., Eden Prairie, USA, 1992. [4] М.А. Либерман и А.Дж. Лихтенберг, «Принципы плазменных разрядов и обработки материалов», Джон и Вили, Хобокен, 1994. [22] Б. Гупта, Дж. Хилборн, К. Х. Холленштайн, С. Дж. Г. Пламмер, Р. Хурие и Н. Ксантопулос, «Модификация поверхности полиэфирных пленок с помощью радиочастотной плазмы». Журнал прикладных наук о полимерах, Том. 78, № 5, 2000, стр. 1083-1091. [5] Дж. Рис Рот, «Промышленная плазменная инженерия», Институт физики, 1995. [6] М. Сугавара, «Плазменное травление», Oxford Science, Oxford, 1998. [23] Р. Р. Дешмукх и В. Н. Бхат, «Механизм адгезии и пригодность для печати плазменных ПЭТ-пленок». Инновации в исследованиях материалов, Том. 7, № 5, 2003, стр. 283-290. [7] А. Ялизис, С. А. Пирзада и В. Декер, «Новая атмосферно- плазменная система для обработки поверхности полимеров», В: KL Mittal Ed., Модификация поверхности полимера: отношение к адгезии, ВСП, Утрехт, Нидерланды, 2000, стр. 65-76. [24] Х. Ивата, Х. Кисида, М. Судзуки, Ю. Хата и Ю. Икада, «Окисление поверхности полиэтилена коронным разрядом и последующая привитая полимеризация». Журнал науки о полимерах:Химия полимеров, Том. 26, № 12, 1988, стр. 3309-3322. [8] HT Lindland, «Обработка поверхности пламенем», В: D. Satas and AA Tracton Eds., Справочник по технологии покрытий, Марсель Деккер, Нью-Йорк, 2001. [9] Р. Вольф, А. Спаравинья и Р. Элвангер, «Изменение характеристик поверхности — IV — прозрачные барьерные пленки». Конвертер : Флессибили , Карта , картон , Том. 67, 2007, стр. 72-85. [25] Н. Инагаки, С. Тасака, К. Нарушима и Х. Кобаяши, «Модификация поверхности ПЭТ-пленок с помощью импульсной аргоновой плазмы». Журнал прикладных наук о полимерах, Том. 85, № 14, 2002, стр. 2845-2852. [10] Р. Вольф и А. Спаравинья, «Изменение элементов поверхности», Покрытие, Том. 41, 2008, стр. 24-26. [26] С. Ву, «Полимерный интерфейс и адгезия», CRC, Нью- Йорк, 1982. [11] Н. К. Куонг, Н. Саеки, С. Катаока и С. Йошикава, «Гидрофильное улучшение ПЭТ-тканей с использованием плазменной полимеризации трансплантата». Хёмэн Кагаку, Том. 23, № 4, 2002, стр. 202-208. [27] К. Л. Миттал, «Угол контакта, смачиваемость и адгезия, Отдел коллоидной и поверхностной химии Американского химического общества, VSP», Утрехт, Нидерланды, 1993. [12] Rapra Technology Ltd, «Медицинские полимеры», 5 Международная конференция, посвященная полимерам, используемым в медицинской промышленности, Кёльн, Германия, 6-7 июня 2006 г. [28] Дж. М. Шентон, М. С. Ловелл-Хоар и Г. К. Стивенс, «Улучшение адгезии полимерных поверхностей с помощью обработки атмосферной плазмой». Журнал физики D:Прикладная физика, Том. 34, № 18, 2001, стр. 2754-2760. [13] Л. В. Маккин, «Справочник по фторированным покрытиям и отделкам: полное руководство пользователя и справочник», Авторское право © 2010 SciRes. АНГЛ |