आसंजन बंधन के लिए पॉलिमर का फ्लेम प्लाज़्मा सतह संशोधन: प्रक्रिया नियंत्रण, उपकरण और अनुप्रयोग

आसंजन बंधन के लिए पॉलिमर का फ्लेम प्लाज़्मा सतह संशोधन: प्रक्रिया नियंत्रण, उपकरण और अनुप्रयोग

थर्मोप्लास्टिक स्वभाव से जल-विरोधी, कम सतह ऊर्जा वाले सब्सट्रेट होते हैं, जो समान या भिन्न सामग्रियों से अच्छी तरह नहीं चिपकते। अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर की व्यवस्थित संरचना (मॉर्फ़ोलॉजी) के कारण उन्हें (अक्रिस्टलीय की तुलना में) जोड़ना आम तौर पर अधिक कठिन होता है, जैसे पॉलीओलेफ़िन, पॉलीएमाइड (नायलॉन), एसीटल, पॉलीएस्टर, पॉलीफेनिलीन सल्फाइड आदि।

सतह की बनावट (टॉपोग्राफी) जैसे कारक वेटिंग में सुधार करते हैं, पर सतह संशोधन अधिकांश बंधन समस्याओं को हल कर देता है। सामान्य सतह संशोधन विधियों में इलेक्ट्रिकल (कोरोना) डिस्चार्ज, फ्लेम प्लाज़्मा, वायुमंडलीय प्लाज़्मा, कोल्ड-गैस प्लाज़्मा और UV विकिरण-ओज़ोन शामिल हैं। पॉलिमरिक सामग्रियों का सतह ऑक्सीकरण पूर्व-उपचार ध्रुवीय अभिक्रियाशील समूह जोड़ता है, जिससे सतह की मुक्त ऊर्जा और परिणामस्वरूप इन सतहों की वेटेबिलिटी व बंधन योग्यता बढ़ती है। हालाँकि इनमें से प्रत्येक प्रक्रिया अत्यधिक अभिक्रियाशील गैस प्लाज़्मा उत्पन्न करती है, यह पहचानना ज़रूरी है कि उपचारित सतहों के बीच महत्वपूर्ण अंतर हो सकते हैं।

यह लेख त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों के फ्लेम ट्रीटमेंट की चर्चा पॉलिमर के सतह गुणों में सुधार की एक मूल्यवान तकनीक के रूप में करता है – इसकी शुरुआत दहन प्रक्रिया के सिद्धांतों से होती है, और फिर लैमिनर फ्लेम ज़ोन, बर्नर चयन व फ्लेम स्थिरता, ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर, उपचार की आयु और प्रोसेस नियंत्रण कारकों पर विशेष ध्यान दिया गया है। यह स्वतंत्र जानकारी इस आशा से प्रस्तुत है कि फ्लेम ट्रीटमेंट के बारे में भ्रांतियाँ कम हों और वैकल्पिक पूर्व-उपचारों की तुलना में इसकी प्रभावशीलता को बढ़ावा मिले।

मुख्य बिंदु

• तीन चर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं — फ्लेम की रसायन-संरचना, फ्लेम से दूरी और ड्वेल टाइम (संपर्क समय)।
• ल्यूमिनस ज़ोन में उपचार करें। यह सबसे गर्म और OH रैडिकल में सबसे समृद्ध है; सब्सट्रेट को रिड्यूसिंग ज़ोन के संपर्क में कभी नहीं आना चाहिए।
• इष्टतम दूरी प्री-कम्बशन रिड्यूसिंग ज़ोन के ऊपर लगभग 3/8–1/2 इंच (9.5–12.7 mm) है।
• स्थिरता में फ्लेम, कोरोना से बेहतर है। ऑक्सीकरण ऊपरी 5–10 nm में केंद्रित होता है और कम आणविक भार वाला कोई ऑक्सीकृत पदार्थ नहीं बनता, इसलिए उपचार धीमी गति से एज होता है।
• बर्नर की पूरी फ़ायरिंग रेंज में एयर/फ़्यूल अनुपात स्थिर रखने के लिए ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर अनिवार्य हैं।

फ्लेम प्लाज़्मा पूर्व-उपचार

फ्लेम ट्रीटमेंट एक गैस-अवस्था पूर्व-उपचार विधि है, जिसमें नियंत्रित परिस्थितियों में हाइड्रोकार्बन ईंधन का दहन फ्लेम प्लाज़्मा उत्पन्न करता है, जो पॉलिमर के बल्क गुणों को प्रभावित किए बिना सब्सट्रेट की सतह को संशोधित करता है। फ्लेम ट्रीटमेंट के परिणामस्वरूप पॉलिमर सतह का ऑक्सीकरण कई भौतिक प्रक्रियाओं से होता है, जिनमें पूर्व-मिश्रित अभिकारकों का समरूप दहन, दहन उत्पादों का पॉलिमर सतह तक परिवहन और फ्लेम उत्पादों की पॉलिमर के साथ विषमांगी अभिक्रिया शामिल हैं। एडिएबेटिक फ्लेम तापमान लगभग 3,300°F (1,816°C) होता है।

फ्लेम ट्रीटमेंट की क्रियाविधि फ्लेम प्लाज़्मा उत्पन्न करने के लिए हाइड्रोकार्बन ईंधन का नियंत्रित दहन है। पूर्व-मिश्रित लैमिनर फ्लेम ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया उत्पन्न करती हैं। पूर्ण दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीकारक और ईंधन का सटीक अनुपात स्टॉइकियोमेट्रिक अनुपात कहलाता है। स्टॉइकियोमेट्रिक दहन में अतिरिक्त ऑक्सीजन या ईंधन नहीं होता। स्टॉइकियोमेट्रिक अनुपात प्राकृतिक गैस के लिए लगभग 10:1 और प्रोपेन के लिए 24:1 है।

फ्लेम ईंधन और ऑक्सीकारक का मिश्रण है, जो दहन से पहले भली-भाँति मिलाया जाता है। ईंधन और ऑक्सीकारक का मोलर अनुपात संभवतः फ्लेम ट्रीटमेंट प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। प्राकृतिक गैस के लिए दहन अभिक्रिया को निम्नलिखित समीकरण दर्शाता है:

CH4 + 2O2 + 8N2 → CO2 + 2H20 + 8N2 + फ्लेम प्लाज़्मा

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

फ्लेम और पुर्ज़े के बीच आदर्श दूरी क्या है?

आम तौर पर 3/8 से 1/2 इंच, यानी 9.5 से 12.7 mm, प्री-कम्बशन रिड्यूसिंग ज़ोन के ठीक ऊपर। फ्लेम का उपचारित करने वाला भाग फ्लेम की नोक से लगभग 1½ इंच आगे तक फैला होता है, जिसमें लगभग ½ इंच सर्वाधिक उपचार स्तर देता है।

फ्लेम ट्रीटमेंट कोरोना ट्रीटमेंट से अधिक स्थिर क्यों है?

ऑक्सीकरण की क्रियाविधियाँ अलग हैं। कोरोना व्यापक श्रृंखला-विखंडन करता है, जिससे कम आणविक भार वाला ऑक्सीकृत पदार्थ बनता है, जो विस्थापित होकर उपचार को क्षीण करता है। फ्लेम ऑक्सीकरण में OH रैडिकल अभिक्रियाओं का प्रभुत्व होता है और ऐसा कोई पदार्थ नहीं बनता, इसलिए फ्लेम-उपचारित पॉलीप्रोपिलीन, कोरोना-उपचारित PP की तुलना में अधिक वेटेबल और अधिक स्थिर रहता है।

मुझे किस फ्लेम रसायन-संरचना का लक्ष्य रखना चाहिए?

दहन के बाद फ्लेम प्लाज़्मा में ऑक्सीजन सांद्रता 0.1% से 0.5%। स्टॉइकियोमेट्रिक अनुपात प्राकृतिक गैस के लिए लगभग 10:1 और प्रोपेन के लिए 24:1 है। फ्लेम का रंग एक उपयोगी संकेतक है: गहरा नीला-बैंगनी रंग गैस-अल्प, हरा रंग गैस-समृद्ध और पीला रंग कार्बन कणों का निर्माण दर्शाता है।

रिबन बर्नर या ड्रिल्ड पोर्ट बर्नर?

औद्योगिक स्तर पर रिबन बर्नर अधिक आधुनिक और व्यापक रूप से अपनाया गया विकल्प हैं। स्लॉट की चौड़ाई और रिबन विन्यास को समायोजित करके फ्लेम पैटर्न अनुकूलित किए जा सकते हैं, और ये अच्छी फ्लेम स्थिरता के साथ बड़ा फ्लेम सतह क्षेत्र देते हैं, जिससे ये पॉलिमर सतह संशोधन के लिए सर्वोत्तम समाधान हैं।

क्या आर्द्रता फ्लेम ट्रीटमेंट के परिणामों को प्रभावित करती है?

हाँ। तापमान या सापेक्ष आर्द्रता बढ़ने से गैस/एयर मिश्रण ईंधन-समृद्ध संरचना की ओर खिसक जाता है, जिससे उपचारित सतह के गुण बदल जाते हैं। जहाँ परिणाम दोहराने योग्य होने चाहिए, वहाँ दोनों की निगरानी करना उचित है।

तीन मुख्य प्रोसेस नियंत्रण चर हैं: फ्लेम की रसायन-संरचना, सब्सट्रेट की फ्लेम से दूरी और उपचार का ड्वेल टाइम। दहन प्रणाली में फ्लेम एक अवध्वनिक (सबसोनिक) तरंग है, जिसकी विशेषता लैमिनर फ्लेम स्पीड नामक वेग है, जिसे उस वेग के रूप में परिभाषित किया जाता है जिससे अदग्ध गैसें तरंग की सतह के अभिलंबवत दिशा में दहन तरंग के भीतर गति करती हैं। लैमिनर फ्लेम प्रोफ़ाइल में तीन ज़ोन होते हैं – रिड्यूसिंग, ल्यूमिनस और पोस्ट-कम्बशन। प्रत्येक ज़ोन में अलग तापमान प्रवणता और रासायनिक अभिक्रियाशील प्रजातियाँ होती हैं। अधिकतम सतह वेटिंग और कार्यात्मकीकरण के लिए फ्लेम से गुज़रते पुर्ज़े की स्थिति महत्वपूर्ण है और सटीक होनी चाहिए।

इष्टतम उपचार (ऑक्सीकरण) मुख्य अभिक्रिया वाले ल्यूमिनस या ऑक्सीकारी ज़ोन में होता है। यह फ्लेम का सबसे गर्म क्षेत्र है, जहाँ दहन प्रणाली का तापमान प्राकृतिक गैस के लिए लगभग 1,700°C और प्रोपेन-आधारित मिश्रणों के लिए 1,900 से 2,000°C तक पहुँच जाता है। इस ज़ोन में मुक्त रैडिकल अभिक्रियाशील प्रजातियों (हाइड्रॉक्सिल, कार्बोनिल, कार्बोक्सिल, ईथर और एस्टर सहित) की मात्रा अभिकारक सांद्रता की कीमत पर नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। रैडिकल प्रजातियों की उच्च सांद्रता इस क्षेत्र को रिड्यूसिंग ज़ोन के विपरीत प्रबल ऑक्सीकारी बनाती है।

इस ज़ोन का रंग ईंधन/हवा अनुपात पर निर्भर करता है। जब मिश्रण गैस-अल्प होता है (उत्तेजित CH रैडिकल के कारण), तो गहरा नीला-बैंगनी विकिरण उत्पन्न होता है, और गैस की मात्रा और घटाने पर फ्लेम लगभग पारदर्शी हो जाती है। जब मिश्रण गैस-समृद्ध होता है (उत्तेजित C2 अणुओं के कारण), तो हरा विकिरण दिखता है। मिश्रण में गैस और बढ़ने पर, बने कार्बन कणों के कारण विकिरण पीला पड़ जाता है। आदर्श फ्लेम रसायन-संरचना वह है जिसमें दहन अभिक्रिया के बाद फ्लेम प्लाज़्मा में ऑक्सीजन सांद्रता 0.1% से 0.5% हो।

फ्लेम से सब्सट्रेट की इष्टतम उपचार दूरी (स्थिति) (प्री-कम्बशन रिड्यूसिंग ज़ोन के ठीक ऊपर) आम तौर पर 3/8″ और ½″ (9.5 mm से 12.7 mm) के बीच होती है। फ्लेम का वास्तविक उपचारित करने वाला भाग फ्लेम की नोक से लगभग 1½″ (38.1 mm) आगे तक फैला होता है, जिसमें लगभग ½″ (12.7 mm) सर्वाधिक उपचार स्तर देता है। आरेख 1 में पीली बिंदीदार रेखा देखें। उपचारित की जाने वाली सतह को फ्लेम के रिड्यूसिंग ज़ोन (उप-स्टॉइकियोमेट्रिक) के संपर्क में कभी नहीं आना चाहिए।

प्री-कम्बशन या रिड्यूसिंग ज़ोन फ्लेम का सबसे ठंडा क्षेत्र है, जहाँ पूर्व-मिश्रित अदग्ध गैसें इष्टतम ऑक्सीकारी स्थिति तक नहीं पहुँची होतीं। चमकीले स्टील-नीले रंग वाला यह क्षेत्र सतह सक्रियण के लिए अप्रभावी है और कोई ऑक्सीकरण लाभ नहीं देता। लैमिनर फ्लेम प्रोफ़ाइल के तीन क्षेत्रों में पोस्ट-कम्बशन ज़ोन सबसे बड़ा है। CO के CO2 में ऊष्माक्षेपी ऑक्सीकरण और ऊष्मा के निकलने के कारण तापमान ऊँचा बना रहता है।

तापमान और ऑक्सीजन रैडिकल सांद्रता के संदर्भ में यह क्षेत्र रिड्यूसिंग और ल्यूमिनस ज़ोन के बीच का मध्यवर्ती क्षेत्र माना जाता है। उच्च तापमान वाली दग्ध गैसें आम तौर पर लालिमा लिए होती हैं, जो जलवाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड (हाइड्रोकार्बन ईंधन के दहन उत्पाद) के विकिरण और कुछ गंदगी कणों के कारण होती है।

ल्यूमिनस फ्लेम और सब्सट्रेट सतह के बीच का अंतराल (दूरी) उपचार से प्राप्त सक्रियण की सीमा तय करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। आम तौर पर, जब सब्सट्रेट फ्लेम से गुज़रता है, तो फ्लेम के शंकुओं और सब्सट्रेट के बीच दूरी बढ़ने पर उपचारित सतह की वेटेबिलिटी में तेज़ गिरावट आती है। फिर भी, पोस्ट-कम्बशन ज़ोन से कई मिलीमीटर आगे तक उपचार का लाभकारी प्रभाव उल्लेखनीय बना रहता है।

उपचार से अधिकतम लाभ के लिए फ्लेम को उसके ल्यूमिनस ज़ोन के साथ तालमेल में काम करना चाहिए, जो सक्रिय ऑक्सीकारी प्रजातियों (OH रैडिकल और O परमाणु) में सबसे समृद्ध है और पूरी दहन प्रणाली में सबसे उच्च तापमान पर होता है3।

चूँकि ऑक्सीकरण की अधिक मात्रा सबसे बाहरी उथले सतही क्षेत्र (5 से 10 nm) के निकट केंद्रित होती है, इसलिए फ्लेम-उपचारित सतहों में अक्सर वेटेबिलिटी बेहतर होती है और वे कोरोना-उपचारित सतहों की तुलना में अधिक स्थिर एजिंग (शेल्फ लाइफ) बनाए रखती हैं। रासायनिक कार्यात्मक समूहों के भिन्न मिश्रण के कारण फ्लेम किए गए पॉलिमर बेहतर वेटिंग गुण भी दिखा सकते हैं। भिन्न ऑक्सीकृत कार्यात्मकताएँ सतह-ऑक्सीकृत पॉलिमर की वेटेबिलिटी में अलग-अलग योगदान देंगी।

अध्ययनों ने दिखाया कि कोरोना-उपचारित और फ्लेम-उपचारित पॉलीओलेफ़िन दोनों सतह ऑक्सीकरण प्रक्रियाएँ हैं, फिर भी ऑक्सीकरण की क्रियाविधि में दोनों विधियाँ काफ़ी भिन्न हैं।

कोरोना प्रक्रियाओं से जुड़ा व्यापक विखंडन उपचारित पॉलीप्रोपिलीन (PP) फ़िल्मों की वेटेबिलिटी और स्थिरता को प्रभावित करता है। इसके विपरीत, फ्लेम सतह ऑक्सीकरण में OH रैडिकल अभिक्रियाओं का प्रभुत्व होता है, जिससे कम आणविक भार वाले ऑक्सीकृत पदार्थ (LMWOM) बने बिना ऑक्सीकरण होता है। फ्लेम ट्रीटमेंट से जुड़ा अधिक सीमित श्रृंखला-विखंडन मध्यम आणविक भार वाले पदार्थों के स्थलाकृतिक गाँठदार उभार बनाता है, जो LMWOM के टीलों से बहुत छोटे होते हैं। LMWOM के न बनने के कारण, फ्लेम-उपचारित PP पानी से धोने के बाद अधिक ऑक्सीकृत, अधिक वेटेबल और कोरोना-उपचारित PP से अधिक स्थिर रहता है।

ऑक्सीकरण की मात्रा में उपचार स्थिरता की कमी या एजिंग के फलस्वरूप वेटेबिलिटी में कमी को आम तौर पर संशोधित PP की सतह के निकट स्थित ऑक्सीकृत कार्यात्मक समूहों के पुनर्विन्यास या स्थानीय विस्थापन का परिणाम माना जाता है। जैसे-जैसे सतही क्षेत्र का आणविक भार घटता है, कार्यात्मक-समूह के पुनर्विन्यास या विस्थापन की प्रवृत्ति बढ़ती है। कोरोना-उपचारित पॉलीप्रोपिलीन सतह का आणविक भार फ्लेम-उपचारित PP सतह से कम होता है। इसलिए कोरोना-उपचारित PP, फ्लेम-उपचारित PP से कम स्थिर होता है। उपचार स्थिरता इसका उदाहरण है कि किसी व्यावहारिक प्रदर्शन गुण को निर्धारित करने में सतह का आणविक भार ऑक्सीकरण की मात्रा से अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है1।

वेंचुरी एयर/फ़्यूल मिक्सर वाले प्रीमिक्स बर्नर सिस्टम के साथ ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर लगाए जाने चाहिए, ताकि बर्नर की फ़ायरिंग दर चाहे जो हो, एयर/फ़्यूल अनुपात स्थिर बना रहे। वेंचुरी मिक्सर एक अनुपातिक मिश्रण उपकरण है, जिसमें ईंधन गैस (प्राकृतिक या प्रोपेन) और हवा/ऑक्सीजन दोनों के इनलेट होते हैं, और जिसके अंदर इन गैसों को सही ढंग से मिलाकर आउटलेट से वितरित किया जाता है। कार्यात्मक रूप से, जब दहन हवा एयर/फ़्यूल मिक्सर के ऑरिफ़िस से गुज़रती है, तो यह दाब में गिरावट उत्पन्न करती है, जिसे ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर में डाउनस्ट्रीम सेंसिंग ट्यूब के माध्यम से आंतरिक रूप से ऋणात्मक दाब के रूप में महसूस किया जाता है – ताकि वायुमंडल के सापेक्ष शून्य दाब बना रहे।

जब ऋणात्मक दाब महसूस होता है, तो ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर इतना खुल जाता है कि धनात्मक दाब ऋणात्मक चूषण दाब के बराबर हो जाए। प्रक्रिया की ऊर्जा आवश्यकताओं के अनुसार दहन वायु प्रवाह के घटने-बढ़ने पर चूषण भी तदनुसार घटता-बढ़ता है, और ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर सदैव शून्य दाब बनाए रखने के लिए खुलता (दहन वायु प्रवाह बढ़ने पर) या बंद होता (दहन वायु प्रवाह घटने पर) है। इस प्रकार, दहन वायु प्रवाह जो भी हो, एयर/फ़्यूल अनुपात अपेक्षाकृत स्थिर रहना चाहिए।

अधिकांश ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर इस प्रकार डिज़ाइन किए जाते हैं कि उन्हें समायोजित न करना पड़े, क्योंकि रेगुलेटर की स्प्रिंग वाल्व के आंतरिक भागों के भार को ठीक-ठीक संतुलित करने के लिए बनाई जाती है। कुछ नए मॉडल उपलब्ध हैं जिनमें संतुलन स्प्रिंग का समायोजन संभव है। इससे अतिरिक्त लचीलापन मिलता है। ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर चुनते समय टर्नडाउन – अधिकतम से न्यूनतम ईंधन प्रवाह – पर विचार करें। जितना अधिक, उतना बेहतर।

डायाफ़्राम के आकार पर भी विचार करें। बड़ा बेहतर है, क्योंकि यह अधिक सटीक नियंत्रण देता है। ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर का साइज़ तय करते समय ध्यान रखें कि रेगुलेटर के आर-पार दाब में गिरावट इनलेट दाब के बराबर होती है, क्योंकि आउटलेट दाब शून्य है।

उपचार की एकरूपता और पूर्णता के लिए बर्नर के प्रकार का सही चयन महत्वपूर्ण है। उत्पाद का डिज़ाइन, ज्यामिति और पॉलिमर सब्सट्रेट महत्वपूर्ण कारक हैं। एक भली-भाँति डिज़ाइन किए गए बर्नर में उच्च स्थिरता होती है, जिससे फ़्लैशबैक और फ्लेम लिफ़्ट की घटनाएँ घटती हैं, जो ईंधन/ऑक्सीकारक मिश्रण के प्रवाह वेग और दहनशील मिश्रण के जलने के वेग में असंतुलन से होने वाली दो प्रकार की अस्थिरताएँ हैं। पूर्व-मिश्रित बर्नर में फ़्लैशबैक तब हो सकता है जब फ्लेम का जलने का वेग पोर्ट से बाहर बहने वाली धारा के वेग से अधिक हो जाए। इन स्थितियों में आवश्यक ऊष्मा हानि सुनिश्चित करने वाला अधिकतम पोर्ट व्यास पार हो चुका होता है, जिससे फ्लेम वापस मिक्सिंग चेंबर में फैल सकती है

फ्लेम ट्रीटिंग के लिए दो प्रकार के बर्नर उपयोग होते हैं: रिबन और ड्रिल्ड पोर्ट। रिबन बर्नर में पीतल, स्टेनलेस स्टील, माइल्ड स्टील और कास्ट आयरन में लगाई गई क्रिम्प्ड स्टेनलेस स्टील रिबन की एक शृंखला होती है। रिबनों की संख्या, क्रिम्प पैटर्न, बर्नर पोर्ट की संख्या और रिबन पैटर्न की अन्य डिज़ाइन विशेषताएँ अनुप्रयोग पर निर्भर करती हैं। रिबन बर्नर बड़ा फ्लेम सतह क्षेत्र और फ्लेम स्थिरता देने की क्षमता के कारण लाभ दे सकते हैं। दूसरा प्रकार ड्रिल्ड पोर्ट बर्नर है। ड्रिल्ड पोर्ट बर्नर सामान्यतः स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम में बनाए जाते हैं।

रिबन बर्नर बर्नर की नवीनतम पीढ़ी हैं और औद्योगिक स्तर पर सबसे व्यापक रूप से अपनाया गया समाधान हैं, क्योंकि स्लॉट की चौड़ाई समायोजित करके और रिबन विन्यस्त करके फ्लेम पैटर्न अनुकूलित किए जा सकते हैं3। रिबन बर्नर पॉलिमर फ़िल्मों के सतह संशोधन या फ्लेम ट्रीटमेंट के लिए सर्वोत्तम समाधान हैं2।

रिबन में नालीदार स्टेनलेस स्टील की पैक की गई शीटें होती हैं, जो लगभग अंडाकार आउटलेट या पोर्ट की पंक्तियाँ बनाती हैं, जिनमें से प्रत्येक का दीर्घ व्यास 2.4 mm और लघु व्यास 1.5 mm होता है। पंक्तियाँ समानांतर होती हैं, पर इस प्रकार खिसकी हुई कि आउटलेट के केंद्र पंक्तिबद्ध न होकर डगमगाए रहते हैं। सिंगल स्लॉट और ट्रिपल स्लॉट बर्नर, इंटरनल फ़ायरिंग रिंग बर्नर सहित अन्य डिज़ाइनों के साथ, व्यापक रूप से उपयोग होते हैं।

सतह उपचार की रासायनिक कार्यात्मकता को अनुकूलित करने में ड्वेल टाइम एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया कारक है। अभिक्रिया गतिकी को अधिकतम करने के लिए पुर्ज़े को पर्याप्त समय तक फ्लेम प्लाज़्मा के संपर्क में रहना चाहिए। संक्षिप्त संपर्क समय इस पर नियंत्रित होता है कि पुर्ज़े को फ्लेम से कितनी तेज़ी से गुज़ारा जाता है, और यह बर्नर की चौड़ाई, प्लाज़्मा आउटपुट और रेज़िन के प्रकार पर निर्भर है। उदाहरण के लिए, पॉलीप्रोपिलीन को पॉलीएथिलीन से भिन्न ड्वेल टाइम की आवश्यकता हो सकती है। इष्टतम उपचार के लिए तीन मीटर तक लंबे बर्नर के साथ भी स्थानिक रूप से समरूप पोस्ट-फ्लेम अभिक्रिया ज़ोन आवश्यक है।

आसपास के वातावरण का तापमान और सापेक्ष आर्द्रता महत्वपूर्ण हैं। इनमें से किसी के भी बढ़ने से गैस/एयर मिश्रण ईंधन-समृद्ध संरचना की ओर खिसक सकता है, जिससे उपचारित पॉलिमर सतह के गुणों में परिवर्तन हो जाता है। सुदृढ़ परिणामों के लिए सावधानीपूर्वक निगरानी लाभदायक है। सभी प्लाज़्मा पूर्व-उपचारों की तरह अति-उपचार से बचना चाहिए, क्योंकि यह कृत्रिम रूप से उच्च सतह ऊर्जा और फ़ील्ड में आसंजन विफलता या डीलैमिनेशन का कारण बन सकता है। अनुचित फ्लेम सेट-अप या दहन प्रणाली डिज़ाइन के कारण होने वाले अल्प-उपचार से भी बचना चाहिए।

3D पॉलिमर उत्पादों का फ्लेम ट्रीटमेंट लगभग हमेशा एक ही पास में किया जाता है, जबकि प्लास्टिक फ़िल्मों को अक्सर वेब द्वारा दो बार उपचारित किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, उत्पाद को उच्च तापमान वाली फ्लेम से एक बार तेज़ी से गुज़ारने पर कम आणविक भार वाले एडिटिव्स (प्लास्टिसाइज़र, ऊष्मा/UV स्टेबलाइज़र, रिलीज़ एजेंट, एंटीस्टैटिक आदि) का सतह की ओर विस्थापन शुरू नहीं होता, जो आसंजन को बाधित करता है।

सतह संशोधन के लाभों के अलावा, फ्लेम ट्रीटमेंट प्लास्टिक मोल्डिंग प्रक्रियाओं में भी मूल्य जोड़ता है। उदाहरण के लिए, इंजेक्शन-मोल्डेड “टॉप गेट” पॉलीओलेफ़िन क्लोज़र में पिनपॉइंट गेट स्थान के कारण क्लोज़र के बीच में (बाहरी ऊपरी सतह पर) एक छोटी गाँठ होती है। फ्लेमिंग (ऊष्मा के कारण) इस सतही दोष को चिकना कर देती है और सौंदर्यपूर्ण प्रिंटिंग गुणवत्ता के लिए संदूषक हटा देती है। कंप्रेशन मोल्डेड क्लोज़र में यह समस्या नहीं होती। इस प्रकार, विशिष्ट अनुप्रयोगों में सतह पूर्व-उपचार कई लाभ दे सकते हैं, जिन पर उपकरण प्रणालियाँ खरीदते समय विचार किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष

फ्लेम ट्रीटमेंट सतह ऊर्जा और रासायनिक कार्यात्मकता बढ़ाकर पॉलिमर आसंजन में सुधार की एक उत्कृष्ट प्रक्रिया है। यह उन बड़े सतह क्षेत्रों के उपचार के लिए उपयुक्त है जिनमें उभार और/या गड्ढे हों। पूर्णतः स्वचालित रोबोटिक सिस्टम अत्यंत प्रभावी हैं और आसानी से एकीकृत हो जाते हैं।

अन्य वायुमंडलीय पूर्व-उपचार विधियों के विपरीत, फ्लेमिंग अधिकांश सतही मलबा और कुछ हाइड्रोकार्बन संदूषक हटा देती है। बर्नर का चयन और ज़ीरो गैस प्रेशर रेगुलेटर महत्वपूर्ण घटक हैं। सुदृढ़ फ्लेम ट्रीटमेंट बनाए रखने के लिए प्रक्रिया चरों को नियंत्रित करना समझना अनिवार्य है, क्योंकि न्यूनतम बदलाव भी अपेक्षित परिणामों और उसके बाद के आसंजन बंधन में महत्वपूर्ण विचलन ला सकते हैं।

सभी फ्लेम ट्रीटमेंट उपकरण एक समान नहीं होते। सभी घटकों और दहन प्रणाली के डिज़ाइन का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन करें। यह बताना महत्वपूर्ण है कि इस आलेख में वर्णित अवधारणाएँ सामान्यतः वैध होने पर भी हर अनुप्रयोग में लागू न हों। कुछ पहलुओं की अलग से जाँच आवश्यक हो सकती है, जैसे विशिष्ट सब्सट्रेट का प्रकार, गैस ईंधन का प्रकार, दूरी और ड्वेल टाइम।

संदर्भ

• A Comparison of Corona-Treated and Flame-Treated Polypropylene Films, M. Strobel et al. 2003
• Application of Ribbon Burners to the Flame Treatment of Polypropylene Films, Alexander, Branch, Strobel 2008
• The fundamentals of flame treatment for the surface activation of polyolefin polymers – A review, Farris et al. 2010
• Flame Plasma Surface Treatment Improves Adhesion of Polymers, Joseph DiGiacomo, Scott Sabreen, Plastics Decorating Magazine, 2005
• Flynn Burner Equipment Manual, Surface Treatment Air Gas Mix System with Flame Safety Control.

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