Таблица 1: Коэффициенты поверхностного натяжения различных гомополимеров. | Коэффициенты поверхностного натяжения полимеров(в динах на кв. см) | | | Полиэтилен (РЕ) | 31 | | Полипропилен (РР) | 32 | | Полистирол | 33 | | Полиизобутилен | 27 | | Политетрафторэтилен | 19 | Ламинация, или создание связи между поверхностным покрытием и подложкой, осуществляется хуже, если одна или обе поверхности неполярны. Связи становятся более прочными за счет изменения энергии поверхности для введения полярных групп, чтобы сделать оба материала более полярными. Эту задачу необходимо решать, поскольку высокие требования к эксплуатационным характеристикам гибкой упаковки продолжают стимулировать погоню за все новыми инновациями и показателями эффективности при использовании технологий нанесения экструзионного покрытия и ламинации. Снижение толщины материалов без ущерба для свойств, а также изменение температур расплава для регулирования уровней окисления поверхности (и, соответственно индуцированной полярности поверхности) и повышение скорости производства, являются основными переменными технологий, которые приспосабливаются для того, чтобы соответствовать требованиям рынка. Такие стратегии, в свою очередь, требуют концентрации усилий на технологиях обработки, которые улучшают адгезию, таких как обработка коронным разрядом или озоном для новой повторной оптимизации адгезии при ламинации или нанесении покрытий. Так, например, хорошо известно, что при использовании коронного разряда или озона можно повышать степень адгезии при снижении температуры расплава. Предварительная обработка подложки коронным разрядом, а экструдата озоном, позволяют получить очень хорошую адгезию даже при температурах расплава ниже 300º C. Использование полимерных покрытий с более высокой массой также может усилить адгезию в зоне контакта между подложками за счет привнесения в подложки большего количества теплоты и максимального увеличения всего, что заполняет пустоты материала(-ов) подложки. Настоящая статья является продолжением исследования положительного воздействия обработки атмосферной плазмой для усиления адгезии. Особое внимание обращается на применения с использованием технологий нанесения экструзионного покрытия и ламинации. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Самым важным свойством для нанесения экструзионного покрытия и ламинации является адгезия полимера к подложке (-кам). Без адекватной адгезии покрытие будет легко удаляться с подложки. Обычно адгезии для неполярного полимера, такого как полиэтилен низкой плотности (LDPE), добиваются с помощью сочетания окисления экструдата и обработки подложки. Степень окисления является функцией: - температуры расплава;
- скорости линии;
- воздушного зазора;
- массы покрытия.
Некоторые сочетания этих переменных способны обеспечить приемлемую адгезию, но они могут также оказывать нежелательное воздействие, такое как усиление вкуса или запаха или же плохая прочность сварных швов. Самыми распространенными методами, которые используются для обработки подложек полотна ионизированными газами, являются: - обработка пламенем;
- обработка коронным разрядом;
- обработка плазмой в вакууме;
- обработка плазмой на воздухе.
Все эти методы, в целом, одинаковы в том, что газ на поверхности подложки ионизируется, либо с помощью электрического поля, либо с помощью химической реакции. Для дифференциации различных методов необходимо рассмотреть метод ионизации, а также плотность электронов и электронную температуру, генерируемую с помощью различных методов. Обработка пламенем применяется для усиления адгезии при использовании некоторых адгезионных технологий. Она осуществляется за счет нацеливания пламени горения, обычно пропанового или бутанового пламени, на поверхность подложки. Электронная плотность и, следовательно, коэффициент объёмной ионизации пламени, выражается самыми низкими значениями для плазм, используемых для обработки поверхности. Системы обработки коронным разрядом обычно являются типичными усилителями адгезии при экструзии, здесь ионизация создается подачей высоковольтного и высокочастотного тока на два противоэлектрода, из которых, по крайней мере, один изолирован диэлектриком. Это создает разряды, похожие на стримерные, которые ионизируют искровой промежуток. Хотя эта технология уже давно хорошо зарекомендовала себя, у нее все же имеются некоторые существенные недостатки. Разряды стримерного типа очень неоднородны, и было доказано, что, как только стример попадает на поверхность полимера, он оставляет местный разряд, который, в свою очередь, притягивает следующий стример к точно тому же месту. Результатом является локализованная обработка. Таким образом, максимальным уровнем обработки, которого можно достигнуть, является одинаковое количество обработанных и необработанных зон. Еще одним недостатком обработки коронным разрядом является то, что для того, чтобы создать разряд, необходимо высокое напряжение. Напряжение может быть достаточно высоким для создания разряда на обратной стороне быстро двигающихся полотен, что, в результате, дает обработку и обратной стороны, а такое воздействие в большинстве случаев нежелательно. При обработке плазмой в вакууме низкое давление в вакуумных камерах для нанесения покрытий позволяет вырабатывать однородную плазму, которую можно использовать для высокоэффективной обработки поверхностей полимера. Технология широко используется для нанесения покрытия на полотно и обработки трехмерных объектов, таких как автомобильные бамперы. Однородность плазмы позволяет получать высокое качество обработки. Высокая функциональность однородного плазменного разряда в вакууме заставляла искать способов получения однородного тлеющего разряда при атмосферном давлении, что сделало бы эту технологию применимой для экструзионных процессов при атмосферном давлении. Недавно, компании Enercon Industries и Sigma Technologies International разработали линейный источник излучения, который может давать стабильный тлеющий разряд для Атмосферной плазменной обработки (APT). Отличия от систем обработки коронным разрядом заключаются в следующем: 1. Инжекция плазменного газа в искровой промежуток. Для того, чтобы получить стабильный тлеющий разряд, свободный от стримерных разрядов, необходимо использовать инертные газы, высокие метастабильные фазы которых позволяют создавать устойчивый тлеющий разряд. Для того, чтобы свести потребление этих газов к минимуму, газ впрыскивается непосредственно в искровой промежуток. Такой метод позволяет осуществлять инжекцию и других газов для обработки, которые становятся высоко ионизированными в разряде и позволяют потребителям создавать необходимый химический состав обрабатываемого полимера. 2. Создание стабильного, гомогенного и однородного тлеющего разряда. В отличие от обработки коронным разрядом, где разряд носит стримерный характер, APT создает однородное тление в искровом промежутке. Это позволяет осуществлять однородную обработку поверхности подложки. Таким образом, достигается более высокое качество обработки поверхности. 3. Более низкое напряжение. Напряжение, необходимое для того, чтобы создать газовый разряд, существенно снижено, по сравнению с системами обработки коронным разрядом. Это позволяет избежать обработки обратной стороны, которая является одним из основных недостатков обработки коронным разрядом.
|
->
