Sa mundo ng pagpoproseso ng polymer, nananatiling isang patuloy na hamon ang pagkamit ng pinakamainam na adhesion, printability, at wettability sa likas na hindi-polar plastic surface tulad ng polypropylene at polyethylene. Ang mga materyales na ito, na pinahahalagahan para sa kanilang paglaban sa kemikal at mga katangian ng hadlang, ay madalas na kulang sa mga aplikasyon na nangangailangan ng matibay na mga bono na may mga tinta, coatings, o adhesives. Upang tulay ang agwat sa pagganap na ito, ang mga teknolohiya sa pagbabago sa ibabaw ay naging lubhang kailangan. Kabilang sa mga ito, namumukod-tangi ang paggamot sa corona discharge bilang isang pundasyong pang-industriya na proseso, na kilala sa kahusayan nito,-kabisa sa gastos, at tuluy-tuloy na mga kakayahan sa pagpapatakbo.
Ang Mga Siyentipikong Prinsipyo ng Paglabas ng Corona
Ang paggamot sa Corona ay pangunahing proseso ng plasma sa presyon ng atmospera. Gumagana ito sa pamamagitan ng pagbuo ng plasma discharge sa pagitan ng mataas na-boltahe na electrode at isang grounded roller, na ang plastic film o substrate ay dumadaan sa puwang. Ang inilapat na mataas na boltahe (karaniwang nasa hanay ng kHz) ay nag-ionize sa nakapaligid na hangin, na lumilikha ng isang nakikitang glow o filamentary discharge na mayaman sa masiglang species. Ang "cold plasma" na ito ay binubuo ng pinaghalong mga libreng electron, ions, metastable molecule, at ultraviolet (UV) photon, lahat ay nagdadala ng makabuluhang enerhiya.
Kapag ang masiglang plasma na ito ay tumama sa ibabaw ng polymer, ang ilang pangunahing pisikal na-mga reaksiyong kemikal ay nagaganap nang halos sabay-sabay. Ang pangunahing mekanismo ay ang pambobomba sa ibabaw ng mataas na-enerhiya na electron at UV radiation, na pumuputol sa matatag na carbon-carbon at carbon-hydrogen bond sa mga polymer chain. Ang pagputol ng bono na ito ay lumilikha ng mataas na reaktibong mga libreng radikal sa ibabaw. Kasunod nito, ang mga polymer-free radical na ito ay mabilis na tumutugon sa oxygen at nitrogen species (gaya ng atomic oxygen, ozone, at nitric oxide) na nasa air plasma. Ang reaksyong ito ay humahantong sa permanenteng pagsasama ng mga polar functional group-pinaka-kapansin-pansing carbonyl (C=O), carboxyl (COOH), at hydroxyl (OH) na mga grupo-sa dating inert polymer surface. Ang pagpapakilala ng mga pangkat na ito na naglalaman ng oxygen-kapansin-pansing pinapataas ang enerhiya sa ibabaw ng plastic, na binabago ito mula hydrophobic patungo sa hydrophilic. Ang pinahusay na enerhiya sa ibabaw ay ang susi sa pinahusay na pagkabasa, na isang kinakailangan para sa malakas na pagdirikit dahil pinapayagan nito ang mga likido tulad ng mga inks, adhesive, at coatings na kumalat nang pantay-pantay at bumuo ng intimate contact sa substrate.
Mga Bentahe at Industrial Application
Ang malawakang paggamit ng paggamot sa corona sa mga industriya ay iniuugnay sa isang nakakahimok na kumbinasyon ng mga teknikal at pang-ekonomiyang benepisyo. Ang pangunahing bentahe nito ay ang kakayahang maisama bilang tuluy-tuloy, sa-linya na proseso nang hindi nakakaabala sa daloy ng produksyon, na mahalaga para sa mataas na-volume na pagmamanupaktura tulad ng pag-convert ng pelikula. Gumagana ito sa atmospheric pressure gamit ang hangin bilang reaktibong daluyan, na inaalis ang pangangailangan para sa mga mamahaling sistema ng vacuum na kinakailangan ng iba pang mga teknolohiya ng plasma. Ginagawa nitong mas simple, mas matatag, at mas epektibo ang gastos-sa mga tuntunin ng pamumuhunan sa kapital at mga gastos sa pagpapatakbo.
Ginagawa ng mga kalamangan na ito ang paggamot sa corona-sa paraan para sa pagbabago ng mga polyolefin film. Ang pangunahing halimbawa ay ang biaxially oriented polypropylene (BOPP) film, isang materyal na nasa lahat ng dako sa food packaging, adhesive tape, at general{2}}purpose packaging. Sa hindi ginagamot na estado nito, ang BOPP ay may mababang enerhiya sa ibabaw at mahinang pagkabasa, na ginagawa itong hindi angkop para sa pag-print o pag-laminate. Ang paggamot sa Corona ay epektibong ina-activate ang ibabaw nito, na nagbibigay-daan sa mataas na-kalidad na graphic na pag-print at maaasahang pagbubuklod gamit ang mga malagkit na layer. Higit pa sa packaging, inilapat din ang teknolohiya upang baguhin ang mga biodegradable polymers tulad ng polylactic acid (PLA). Ipinakita ng pananaliksik na ang paggamot sa corona ay maaaring magpakilala ng mga functional na grupo ng oxygen sa mga ibabaw ng PLA, na hindi lamang nagpapabuti sa pagdirikit ngunit maaari ring mapabilis ang biodegradation rate ng polymer.
Mga Limitasyon at Mga Komplementaryong Teknolohiya
Sa kabila ng pangingibabaw nito, ang paggamot sa corona ay hindi isang unibersal na solusyon at may mga tiyak na limitasyon. Ang nabuong plasma ay medyo mababa-ang density at ang epekto ng paggamot ay karaniwang mababaw, na tumatagos lamang sa mga pinakalabas na molekular na layer (ilang nanometer) ng materyal. Ito ay sapat para sa mga pelikula ngunit nagiging hadlang para sa tatlong-dimensional na bagay, tela, o materyales na may maluwag na mga hibla. Ang epekto ng paggamot ay maaaring hindi-pare-pareho sa hindi pantay na mga ibabaw, at ang kinakailangan para sa napakaliit na electrode gaps (mga 1 mm) ay maaaring maging praktikal na limitasyon para sa paggamot sa makapal o textured na mga substrate. Higit pa rito, ang ginagamot na ibabaw ay maaaring makaranas ng "pagtanda," kung saan ang epekto ay lumiliit sa paglipas ng panahon dahil sa paglipat ng mababang-molecular-timbang na oxidized na materyales o reorientation ng mga polar group sa bulk polymer.
Para sa mga aplikasyon kung saan hindi sapat ang paggamot sa corona, ginagamit ang mga alternatibo at pantulong na teknolohiya.Paggamot ng apoyay isa pang lubos na itinatag na atmospheric-pressure technique. Gumagana ito sa pamamagitan ng panandaliang paglalantad sa ibabaw ng plastik sa isang siga ng gas, na nag-o-oxidize sa ibabaw sa pamamagitan ng isang libreng-radical na mekanismo na katulad ng paggamot sa corona, na nagpapakilala sa mga polar group. Naaapektuhan ng flame treatment ang bahagyang mas malalim na lalim (4-9 nm) at kadalasang ginusto para sa mas makapal na materyales, kumplikadong 3D na hugis tulad ng mga piyesa ng sasakyan, o blow-mga hinulmang bote. Ipinakita ng mga pag-aaral na ito ay kapaki-pakinabang at pantulong sa paglabas ng corona, na ang mga parameter tulad ng air-to-gas ratio at oras ng pagkakalantad ay kritikal para sa pag-optimize. Para sa pinakatumpak at advanced na surface engineering,mababang{0}}presyur na paggamot sa plasmanag-aalok ng higit na kontrol. Isinasagawa sa isang vacuum chamber na may tiyak na napiling proseso ng gas (hal., oxygen, argon), lumilikha ito ng mas siksik, mas pare-parehong plasma na maaaring gumawa ng mas malawak na iba't ibang mga functionality sa ibabaw at mas malalim na pagbabago nang hindi nakakasira sa bulk material. Bagama't mas mahal at batch-oriented, ito ay mahalaga para sa high-tech na mga application tulad ng mga medikal na device.
Konklusyon at Future Outlook
Ang paggamot sa discharge ng Corona ay nananatiling isang mahalagang teknolohiya,-na hinimok ng agham na nagpatibay sa paglago ng mga industriya ng plastik at packaging sa loob ng mga dekada. Ang eleganteng aplikasyon nito ng plasma physics upang malutas ang mga praktikal na problema sa pagdirikit ay isang testamento sa mabisang engineering. Sa pamamagitan ng panimula na pagbabago sa kimika sa ibabaw ng mga plastik sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga polar functional na grupo, binibigyang-daan nito ang pagganap na hinihiling ng mga modernong aplikasyon. Bagama't nahaharap ito sa mga limitasyon sa ilang partikular na geometries at materyales, ligtas ang tungkulin nito dahil sa hindi katugmang ratio ng bilis ng-gastos nito para sa paggamot sa pelikula. Ang hinaharap ng pagbabago sa ibabaw ay hindi nakasalalay sa paglilipat ng paggamot sa corona, ngunit sa matalinong pagsasama nito sa iba pang mga teknolohiya tulad ng apoy at mababang-presyur na plasma.