У свеце перапрацоўкі палімераў дасягненне аптымальнай адгезіі, магчымасці друку і змочвання на непалярных па сваёй сутнасці пластыкавых паверхнях, такіх як поліпрапілен і поліэтылен, застаецца нязменнай праблемай. Гэтыя матэрыялы, якія цэняцца за сваю хімічную ўстойлівасць і бар'ерныя ўласцівасці, часта не спраўляюцца з прымяненнямі, якія патрабуюць трывалай сувязі з чарніламі, пакрыццямі або клеямі. Каб пераадолець гэты разрыў у прадукцыйнасці, тэхналогіі мадыфікацыі паверхні сталі незаменнымі. Сярод іх апрацоўка каронным разрадам вылучаецца як краевугольны прамысловы працэс, які славіцца сваёй эфектыўнасцю, эканамічнай-эфектыўнасцю і магчымасцямі бесперапыннай працы.
Навуковыя прынцыпы кароннага разраду
Апрацоўка каронным разрадам - гэта па сутнасці плазменны працэс пры атмасферным ціску. Ён працуе шляхам генерацыі плазменнага разраду паміж-электродам высокага напружання і заземленым ролікам, пры гэтым пластыкавая плёнка або падкладка праходзяць праз шчыліну. Прыкладзенае высокае напружанне (звычайна ў дыяпазоне кГц) іянізуе навакольнае паветра, ствараючы бачнае свячэнне або ніткападобны разрад, багаты энергіяй. Гэтая "халодная плазма" складаецца з сумесі свабодных электронаў, іёнаў, метастабільных малекул і ультрафіялетавых (УФ) фатонаў, усе з якіх нясуць значную энергію.
Калі гэтая энергічная плазма трапляе на паверхню палімера, некалькі ключавых фізіка-хімічных рэакцый адбываюцца амаль адначасова. Асноўным механізмам з'яўляецца бамбардзіроўка паверхні высока-энергічнымі электронамі і УФ-выпраменьваннем, якія разрываюць стабільныя вуглярод-вуглярод-вадародныя сувязі ў палімерных ланцугах. Гэты разрыў сувязі стварае высокарэактыўныя свабодныя радыкалы на паверхні. У далейшым гэтыя палімерныя-свабодныя радыкалы хутка ўступаюць у рэакцыю з кіслародам і азотам (такімі як атамарны кісларод, азон і аксід азоту), якія прысутнічаюць у плазме паветра. Гэтая рэакцыя прыводзіць да пастаяннага ўключэння палярных функцыянальных груп-, асабліва карбанільных (C=O), карбаксільных (COOH) і гідраксільных (OH) груп-на раней інертную паверхню палімера. Увядзенне гэтых кісларод-змяшчальных груп рэзка павялічвае павярхоўную энергію пластыка, ператвараючы яго з гідрафобнага ў гідрафільны. Гэтая падвышаная павярхоўная энергія з'яўляецца ключом да паляпшэння змочваемасці, што з'яўляецца неабходнай умовай для моцнай адгезіі, паколькі дазваляе такім вадкасцям, як чарніла, клеі і пакрыцця, раўнамерна распаўсюджвацца і ўтвараць цесны кантакт з падкладкай.
Перавагі і прамысловае прымяненне
Шырокае распаўсюджванне кароннай апрацоўкі ў галінах тлумачыцца пераканаўчым спалучэннем тэхнічных і эканамічных пераваг. Яго галоўнай перавагай з'яўляецца магчымасць інтэграцыі ў бесперапынны-лінейны працэс без парушэння вытворчага патоку, што вельмі важна для-вытворчасці вялікіх аб'ёмаў, напрыклад, пераўтварэння плёнкі. Ён працуе пры атмасферным ціску з выкарыстаннем паветра ў якасці рэактыўнай асяроддзя, ухіляючы патрэбу ў дарагіх вакуумных сістэмах, неабходных для іншых плазменных тэхналогій. Гэта робіць абсталяванне больш простым, трывалым і значна больш-рэнтабельным як з пункту гледжання капіталаўкладанняў, так і эксплуатацыйных выдаткаў.
Гэтыя перавагі робяць апрацоўку каранарным- метадам мадыфікацыі поліалефінавых плёнак. Яркім прыкладам з'яўляецца двухвосева арыентаваная поліпрапіленавая плёнка (BOPP), матэрыял, які паўсюдна ўжываецца ва ўпакоўках харчовых прадуктаў, клейкіх стужках і-ўпакоўках агульнага прызначэння. У неапрацаваным стане BOPP мае нізкую павярхоўную энергію і дрэнную змочвальнасць, што робіць яго непрыдатным для друку або ламінавання. Апрацоўка каронным разрадам эфектыўна актывуе яго паверхню, забяспечваючы высокую-якасны графічны друк і надзейнае злучэнне клеючымі пластамі. Акрамя ўпакоўкі, тэхналогія таксама прымяняецца для мадыфікацыі біяраскладальных палімераў, такіх як полімалочная кіслата (PLA). Даследаванні паказалі, што апрацоўка каронным разрадам можа ўводзіць функцыянальныя групы кіслароду на паверхні PLA, якія не толькі паляпшаюць адгезію, але і могуць паскорыць хуткасць біяраскладання палімера.
Абмежаванні і дадатковыя тэхналогіі
Нягледзячы на сваё дамінаванне, кароннае лячэнне не з'яўляецца універсальным рашэннем і мае пэўныя абмежаванні. Утвораная плазма мае адносна нізкую -шчыльнасць, і эфект лячэння звычайна неглыбокі, пранікаючы толькі ў самыя знешнія малекулярныя пласты (некалькі нанаметраў) матэрыялу. Гэтага дастаткова для плёнак, але становіцца абмежаваннем для трох-мерных аб'ектаў, тэкстылю або матэрыялаў з друзлымі валокнамі. Эфект апрацоўкі можа быць не-раўнамерным на няроўных паверхнях, і патрабаванне да вельмі малых зазораў паміж электродамі (каля 1 мм) можа быць практычным абмежаваннем для апрацоўкі тоўстых або тэкстураваных падкладак. Акрамя таго, апрацаваная паверхня можа "старэць", дзе эфект змяншаецца з цягам часу з-за міграцыі нізка{8}}малекулярных-акісленых матэрыялаў або пераарыентацыі палярных груп у масу палімера.
Для прыкладанняў, дзе апрацоўка каронным разрадам неадэкватная, выкарыстоўваюцца альтэрнатыўныя і дадатковыя тэхналогіі.Лячэнне полымемгэта яшчэ адзін шырока вядомы метад-атмасфернага ціску. Ён працуе шляхам кароткачасовага ўздзеяння на пластыкавую паверхню газавага полымя, якое акісляе паверхню з дапамогай механізму свабодных-радыкалаў, падобнага да апрацоўкі каронным разрадам, уводзячы палярныя групы. Апрацоўка полымем закранае крыху большую глыбіню (4-9 нм) і часта аддаецца перавагу больш тоўстым матэрыялам, складаным 3D-формам, напрыклад, аўтамабільным дэталям, або{-літым бутэлькам. Даследаванні паказалі, што гэта выгадна і дапаўняе каронны разрад, прычым такія параметры, як стаўленне паветра-да газу і час уздзеяння, маюць вырашальнае значэнне для аптымізацыі. Для найбольш дакладнай і перадавой інжынерыі паверхні,апрацоўка-плазмай нізкага ціскузабяспечвае выдатны кантроль. Праводзіцца ў вакуумнай камеры з дакладна абраным тэхналагічным газам (напрыклад, кіслародам, аргонам), гэта стварае больш шчыльную, больш аднастайную плазму, якая можа вырабляць больш шырокі спектр функцый паверхні і больш глыбокія мадыфікацыі без пашкоджання аб'ёмнага матэрыялу. Нягледзячы на тое, што ён даражэйшы і арыентаваны-на партыйнае выкананне, ён важны для высокатэхналагічных-праграм, такіх як медыцынскія прылады.
Выснова і прагноз на будучыню
Апрацоўка каронным разрадам застаецца жыццёва важнай навукова-тэхналогіяй, якая на працягу дзесяцігоддзяў ляжала ў аснове росту пластмасавай і ўпаковачнай прамысловасці. Яго элегантнае прымяненне фізікі плазмы для вырашэння практычных праблем адгезіі з'яўляецца сведчаннем эфектыўнай інжынерыі. Фундаментальна змяняючы хімічны склад паверхні пластмас шляхам увядзення палярных функцыянальных груп, гэта забяспечвае прадукцыйнасць, якой патрабуюць сучасныя прыкладанні. Нягледзячы на тое, што ён сутыкаецца з абмежаваннямі, звязанымі з пэўнымі геаметрычнымі параметрамі і матэрыяламі, яго роля бяспечная з-за неперасягненага каэфіцыента кошту-хуткасці для апрацоўкі плёнкі. Будучыня мадыфікацыі паверхні заключаецца не ў выцясненні кароннай апрацоўкі, а ў яе разумнай інтэграцыі з іншымі тэхналогіямі, такімі як полымя і плазма нізкага-ціску.