आसंजन बंधन में सुधार के लिए पॉलिमर का प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार

आसंजन बंधन में सुधार के लिए पॉलिमर का प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार

मुख्य बिंदु

• अधिकांश प्लास्टिक डिज़ाइन से ही बंधन का प्रतिरोध करते हैं। वे जल-विरोधी, अध्रुवीय और रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, और उनकी सतह ऊर्जा इतनी कम होती है कि चिपकाने वाला पदार्थ सतह को गीला (वेट-आउट) नहीं कर पाता।
• द्रव से लगभग 8–10 dynes/cm अधिक का लक्ष्य रखें। यही वह व्यावहारिक सीमा है जिस पर चिपकाने वाला पदार्थ, इंक या कोटिंग सब्सट्रेट को गीला करती है।
• केवल स्थैतिक कोण नहीं, रिसीडिंग कॉन्टैक्ट एंगल मापें। रिसीडिंग कोण ही पूर्व-उपचार के बाद संशोधित सतह को वास्तव में दर्शाता है।
• प्रत्येक विधि अलग गहराई तक पहुँचती है — फ्लेम सबसे उथली है, कोरोना और प्लाज़्मा अधिक गहरे जाते हैं, और UV/ओज़ोन सामग्री के भीतर सबसे दूर तक पहुँचता है।
• उपचार एज होता है। शेल्फ लाइफ रेज़िन, एडिटिव्स और भंडारण के अनुसार घंटों से महीनों तक होती है, इसलिए उपचार के तुरंत बाद जितनी जल्दी हो सके बंधन करें।

सार

पॉलिमरिक आसंजन बंधन की समस्याएँ पूरे प्लास्टिक उद्योग में व्यापक हैं। द्वि- और त्रि-आयामी उत्पादों में अक्सर प्लास्टिक-से-प्लास्टिक, प्लास्टिक-से-धातु और प्लास्टिक-से-कंपोज़िट जोड़ शामिल होते हैं। अपनी अंतर्निहित रासायनिक संरचना के कारण कई प्लास्टिक अन्य सामग्रियों से बंधने की कमज़ोर प्रवृत्ति रखते हैं, और इसलिए उन्हें पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है।

कठिन-से-जुड़ने वाले प्लास्टिक सब्सट्रेट और चिपकाने वाले पदार्थों, कोटिंग्स, इंक व पेंट के बीच आसंजन बढ़ाने के लिए प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार का उपयोग किया जाता है। यह लेख प्लाज़्मा विज्ञान और प्लाज़्मा तथा पॉलिमर सतह के बीच अंतःक्रिया की क्रियाविधियों की चर्चा करता है और आगे प्रचलित मिथकों का खंडन करता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

बंधन से पहले प्लास्टिक को सतह पूर्व-उपचार की आवश्यकता क्यों होती है?

क्योंकि वे जल-विरोधी, अध्रुवीय और रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, और उनकी सतह ऊर्जा इतनी कम होती है कि चिपकाने वाला पदार्थ, इंक या कोटिंग सतह को गीला नहीं कर पाती। पूर्व-उपचार सतह का ऑक्सीकरण करता है और ध्रुवीय कार्यात्मक समूह — कार्बोनिल, कार्बोक्सिल, हाइड्रोपेरॉक्साइड और हाइड्रॉक्सिल — जोड़ता है, जो सतह को जल-स्नेही और बंधन योग्य बनाते हैं।

विश्वसनीय बंधन के लिए मुझे कितनी सतह ऊर्जा चाहिए?

सामान्य नियम के अनुसार, स्वीकार्य आसंजन तब प्राप्त होता है जब सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा, लगाए जा रहे द्रव के पृष्ठ तनाव से लगभग 8 से 10 dynes/cm अधिक हो। इस अंतर से कम होने पर द्रव सतह को गीला करने के बजाय बूँदों के रूप में सिमट जाता है।

क्या डाइन पेन उत्पादन नियंत्रण के लिए पर्याप्त सटीक हैं?

वे दिशा-सूचक संकेतक हैं, सटीक माप नहीं। वे कम लागत में बंधन योग्य अच्छी और खराब सतहों को विश्वसनीय रूप से अलग करते हैं, पर “केंद्र” द्रव के व्यवहार की व्याख्या के आधार पर ऑपरेटरों के बीच रीडिंग काफ़ी भिन्न होती है। बार-बार उपयोग से दूषित होने वाले पेन की तुलना में बोतलबंद घोल बेहतर हैं।

क्या वायुमंडलीय प्लाज़्मा कोरोना डिस्चार्ज का सस्ता विकल्प है?

नहीं — यह एक आम भ्रांति है। कोरोना डिस्चार्ज अक्सर बड़े सतह क्षेत्रों पर अधिक प्रभावी होता है और अधिक गहराई तक उपचार करता है, और वास्तव में कई वायुमंडलीय प्लाज़्मा सिस्टम अधिक महँगे हैं।

पूर्व-उपचारित सतह कितने समय तक बंधन योग्य रहती है?

घंटों से लेकर महीनों तक। शेल्फ लाइफ कम आणविक भार वाले ऑक्सीकृत पदार्थों — एंटीऑक्सीडेंट, प्लास्टिसाइज़र, स्लिप व एंटीस्टैटिक एजेंट, कलरेंट और स्टेबलाइज़र — के सतह पर विस्थापित होने से सीमित होती है। ऊष्मा श्रृंखला की गतिशीलता बढ़ाकर इस प्रक्रिया को तेज़ करती है।

क्या सतह का अति-उपचार हो सकता है?

हाँ, और यह वास्तविक समस्याएँ पैदा करता है। अत्यधिक प्लाज़्मा-ऑक्सीकृत सतहें हीट सीलिंग और वेल्डिंग जैसे आगे के असेंबली चरणों को प्रभावित कर सकती हैं और फ़ील्ड में डीलैमिनेशन विफलताओं का कारण बन सकती हैं।

परिचय

“गैस-अवस्था” प्लाज़्मा सतह (संशोधन) ऑक्सीकरण सबसे आम संशोधन विधि है और अत्यंत प्रभावी, किफ़ायती और पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित सिद्ध हुई है। किसी भी अनुप्रयोग के लिए कौन-सी विधि अपनाई जाए, यह चुनना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, जिसका एक कारण भ्रांतियाँ और भ्रमित करने वाली शब्दावली है। आम तौर पर ज्ञात प्रक्रियाएँ इलेक्ट्रिकल कोरोना, रिमोट-कोल्ड गैस प्लाज़्मा, फ्लेम और UV/ओज़ोन (संयोजन) हैं। बंधन विफलता से जुड़े महत्वपूर्ण लागत निहितार्थ होते हैं, जिनमें फ़ील्ड में उत्पाद का खराब प्रदर्शन, स्क्रैप/री-वर्क, उत्पादन की अक्षमताएँ और बढ़ी हुई गुणवत्ता नियंत्रण जाँच शामिल हैं। कॉन्टैक्ट एंगल, सतह वेटिंग और रासायनिक सक्रियण के मूल विज्ञान को समझकर, सबसे कठिन-से-जुड़ने वाली पॉलिमरिक और इलास्टोमेरिक सामग्रियों के साथ भी, लगभग किसी भी बंधन समस्या को सफलतापूर्वक हल किया जा सकता है।

कॉन्टैक्ट एंगल, सतह ऊर्जा और वेटिंग

कई प्लास्टिक के जुड़ने में कठिन होने के मूल कारण ये हैं कि वे जल-विरोधी अध्रुवीय सामग्रियाँ हैं, रासायनिक रूप से निष्क्रिय हैं और उनकी सतह की वेटेबिलिटी कमज़ोर है – यानी सतह ऊर्जा कम है। जल-विरोधी (पानी को दूर करने वाले) ये प्रदर्शन गुण उन पुर्ज़ा डिज़ाइनरों के लिए आदर्श हैं जो ऐसे गुण चाहते हैं, लेकिन ऐसी सामग्रियों को जोड़ने वाले निर्माताओं के लिए वे बाधा हैं। सुदृढ़ आसंजन बंधन के लिए आम तौर पर “जल-स्नेही” सतहें चाहिए। इष्टतम आसंजन के लिए, चिपकाने वाले पदार्थ (कोटिंग, इंक या पेंट) को जोड़ी जाने वाली सतह (एडहेरेंड) को पूरी तरह “वेट-आउट” करना चाहिए।

“वेट-आउट” का अर्थ है कि द्रव बहकर सतह को ढँक लेता है, जिससे चिपकाने वाले पदार्थ और एडहेरेंड बंधन सतह के बीच संपर्क क्षेत्र और आकर्षण बल अधिकतम हों। किसी द्रव के सतह को प्रभावी रूप से वेट-आउट करने के लिए, चिपकाने वाले पदार्थ की सतह ऊर्जा जोड़े जाने वाले एडहेरेंड की सतह ऊर्जा के बराबर या उससे कम होनी चाहिए। अन्यथा, सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा बढ़ानी होगी।

स्थिर अवस्था (साम्यावस्था) में समतल ठोस सतह पर एक अकेली द्रव बूँद पर विचार करें। ठोस सतह और अंतिम बिंदु पर ऊपरी सतह की स्पर्शरेखा के बीच बनने वाला कोण कॉन्टैक्ट एंगल कहलाता है; यह द्रव के माध्यम से संपर्क बिंदु पर स्पर्शरेखा और ठोस सतह की क्षैतिज रेखा के बीच का कोण (Θ) है। बुलबुले/बूँद का आकार उन आणविक बलों के कारण होता है, जिनसे सभी द्रव सतह के संकुचन द्वारा अपने आयतन को न्यूनतम सतह क्षेत्र वाले आकार में ढालने की प्रवृत्ति रखते हैं। सतह को संकुचित करने वाले अंतर-आणविक बलों को “पृष्ठ तनाव” कहते हैं। पृष्ठ तनाव, जो सतह ऊर्जा का माप है, dynes/cm (SI N/m) में व्यक्त किया जाता है।

द्रव (पानी, प्रिंटिंग इंक, चिपकाने वाला पदार्थ/एनकैप्सुलेशन, कोटिंग्स आदि) के पृष्ठ तनाव की तुलना में ठोस सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उसकी “वेटेबिलिटी” उतनी बेहतर होगी और कॉन्टैक्ट एंगल उतना छोटा होगा (चित्र 1)। सामान्य नियम के अनुसार, स्वीकार्य बंधन आसंजन तब प्राप्त होता है जब सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा द्रव के पृष्ठ तनाव से लगभग 8 से 10 dynes/cm अधिक हो।

कई अनुप्रयोगों के लिए, प्रलेखित परीक्षण प्रक्रिया के अनुसार डाइन घोलों का उपयोग करके केवल स्थैतिक साम्य कॉन्टैक्ट एंगल की जाँच पर्याप्त हो सकती है। एप्लीकेशन किट या “डाइन पेन/घोल” उपयोगी जानकारी देते हैं, पर वे पृष्ठ तनाव के सटीक माप नहीं हैं। पृष्ठ तनाव के माप व्यक्ति (तकनीक) और “केंद्र” द्रव के व्यवहार की व्याख्या के अनुसार काफ़ी भिन्न हो सकते हैं।

डाइन पेन/घोल पृष्ठ तनाव में महत्वपूर्ण अंतरों के दिशा-सूचक संकेतक माने जाते हैं और किफ़ायती मूल्य पर “अच्छी” और “खराब” बंधन योग्य सतहों की पहचान करने में सक्षम हैं। कई बार उपयोग से होने वाली संदूषण की समस्याओं के कारण पेन के बजाय बोतलबंद डाइन घोल बेहतर हो सकते हैं।

डायनामिक कॉन्टैक्ट एंगल (DCA)

केवल स्थैतिक कॉन्टैक्ट एंगल के द्रव व्यवहार का परीक्षण करने से द्रव/ठोस अंतरापृष्ठ के परिणामों की ग़लत व्याख्या और बंधन समस्याओं के समाधान में चूक हो सकती है। इसका कारण यह है कि औद्योगिक विनिर्माण उत्पादन संचालन अधिक यथार्थ में गतिशील स्थितियाँ हैं, स्थैतिक नहीं। इसलिए डायनामिक कॉन्टैक्ट एंगल (DCA) को समझना महत्वपूर्ण है (चित्र 2)।

कॉन्टैक्ट एंगल आम तौर पर सतह की रसायन-संरचना में बदलाव और सतह की स्थलाकृति में बदलाव दोनों से प्रभावित होते हैं। एडवांसिंग कॉन्टैक्ट एंगल सब्सट्रेट सतह के निम्न-ऊर्जा (असंशोधित) घटकों के प्रति सर्वाधिक संवेदनशील होता है, जबकि रिसीडिंग कोण सतह पूर्व-उपचार द्वारा जोड़े गए उच्च-ऊर्जा, ऑक्सीकृत समूहों के प्रति अधिक संवेदनशील होता है।

इस प्रकार, डाइन घोलों से मापे जाने पर, पूर्व-उपचार के बाद सतह के संशोधित घटक की सर्वाधिक विशेषता बताने वाला माप वास्तव में रिसीडिंग कोण ही है। इसलिए सभी सतह-संशोधित सामग्रियों पर एडवांसिंग और रिसीडिंग दोनों कॉन्टैक्ट एंगल मापना महत्वपूर्ण है।

जब कोई बूँद ठोस सतह से जुड़ी हो और ठोस सतह को झुकाया जाए, तो बूँद आगे की ओर लपकेगी और नीचे की ओर फिसलेगी। बनने वाले कोणों को क्रमशः एडवांसिंग कोण (Θa) और रिसीडिंग कोण (Θr) कहा जाता है। ASTM D724 उन्नत उपकरणों (ऑप्टिकल टेंशियोमीटर और गोनियोमीटर) का उपयोग करके बूँद के आकार के विश्लेषण और द्रव्यमान के आधार पर एडवांसिंग और रिसीडिंग कॉन्टैक्ट एंगल का विश्लेषण करते हुए DCA मापने की विधियाँ वर्णित करता है।

रासायनिक सतह सक्रियण

निर्माताओं में केवल कॉन्टैक्ट एंगल या अन्य वेटेबिलिटी मापों पर ध्यान केंद्रित करने की प्रबल प्रवृत्ति है, और वे उन्हें बंधन समस्याओं के एकमात्र पूर्वानुमानक तथा नियमित सतह परीक्षण के रूप में मानते हैं। रासायनिक सतह कार्यात्मकता भी उतनी ही महत्वपूर्ण है, जिसमें जल-विरोधी सतहें बंधन योग्य जल-स्नेही सतहों में सक्रिय हो जाती हैं। रासायनिक सतह सक्रियण के लिए गैस-अवस्था, “ग्लो-डिस्चार्ज” सतह ऑक्सीकरण पूर्व-उपचार प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। इन प्रक्रियाओं की विशेषता “गैस प्लाज़्मा” उत्पन्न करने की क्षमता है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों, धनात्मक आयनों और अन्य कणों से बनी अत्यंत अभिक्रियाशील गैस है। प्लाज़्मा को अक्सर पदार्थ की चौथी अवस्था कहा जाता है। जैसे-जैसे ऊर्जा दी जाती है, ठोस पिघलकर द्रव बनते हैं, द्रव वाष्पित होकर गैस बनते हैं, और गैसें आयनित होकर “प्लाज़्मा” बन जाती हैं।

भौतिकी में, जिन क्रियाविधियों से ये प्लाज़्मा उत्पन्न होते हैं वे भिन्न हैं, पर सतह की वेटेबिलिटी पर उनके प्रभाव समान हैं। मूल रासायनिक और भौतिक अभिक्रिया यह है कि प्लाज़्मा में उत्पन्न मुक्त इलेक्ट्रॉन, आयन, मेटास्टेबल, रैडिकल और UV अधिकांश पॉलिमरिक सब्सट्रेट की सतह पर आणविक बंधन तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ सतह पर प्रहार कर सकते हैं। इससे पॉलिमर सतह पर अत्यंत अभिक्रियाशील मुक्त रैडिकल बनते हैं, जो बदले में क्रॉस-लिंक बना सकते हैं, या ऑक्सीजन की उपस्थिति में तेज़ी से अभिक्रिया करके सब्सट्रेट सतह पर विभिन्न रासायनिक कार्यात्मक समूह बना सकते हैं। बंधन योग्यता बढ़ाने वाले जो ध्रुवीय कार्यात्मक समूह बन सकते हैं, उनमें कार्बोनिल (C=O), कार्बोक्सिल (HOOC), हाइड्रोपेरॉक्साइड (HOO-) और हाइड्रॉक्सिल (HO-) समूह शामिल हैं। पॉलिमर में शामिल अभिक्रियाशील कार्यात्मक समूहों की छोटी मात्रा भी सतह की रासायनिक कार्यात्मकता और वेटेबिलिटी में सुधार के लिए अत्यंत लाभकारी हो सकती है। साथ ही, रासायनिक प्राइमर/विलायक और यांत्रिक घिसाई (मोल्ड टूल की बनावट सहित) का उपयोग अकेले या पूर्व-उपचारों के साथ किया जा सकता है।

आम तौर पर ज्ञात प्रक्रियाएँ इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज (जिसे डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज भी कहते हैं), इलेक्ट्रिकल वायुमंडलीय प्लाज़्मा, इलेक्ट्रिकल एयर प्लाज़्मा, फ्लेम प्लाज़्मा, निम्न-दाब RF कोल्ड गैस और पराबैंगनी विकिरण/ओज़ोन (संयोजन) हैं। प्रत्येक विधि अनुप्रयोग-विशिष्ट है और उसके अद्वितीय लाभ तथा संभावित सीमाएँ हैं। पॉलिमर (अक्रिस्टलीय या अर्ध-क्रिस्टलीय), प्लाज़्मा प्रक्रिया, बंधन एजेंट और विनिर्माण प्रक्रिया की सावधानीपूर्वक जाँच और परीक्षण आवश्यक है।

पॉलीप्रोपिलीन पर किए गए एक महत्वपूर्ण अध्ययन में पाया गया कि फ्लेम ट्रीटमेंट सबसे “उथला” प्रतीत होता है – यानी उपचार द्वारा समाहित ऑक्सीजन फ़िल्म की बाहरी सतह के निकट सबसे अधिक केंद्रित होती है। कोरोना और प्लाज़्मा उपचार पॉलिमर में कुछ अधिक गहराई तक प्रवेश करते प्रतीत होते हैं। दूसरे छोर पर, UV/ओज़ोन उपचार पॉलिमर के बल्क में सबसे आगे तक पहुँचते हैं।

आर्द्रता के प्रभाव जैसी डिस्चार्ज स्थितियाँ भी महत्वपूर्ण हैं।1 यह ज्ञात है कि कुछ पूर्व-उपचार, और उन्हें लागू करने का तरीका, आगे के विनिर्माण संचालन पर हानिकारक प्रभाव डाल सकते हैं, जैसे हीट-सीलिंग के दौरान टूथपेस्ट ट्यूबों का डीलैमिनेशन।

आसंजन और एजिंग (शेल्फ लाइफ) को प्रभावित करने वाले कारक

सुदृढ़ आसंजन मज़बूती के लिए पूर्व-उपचार की मात्रा या गुणवत्ता प्लास्टिक सतहों की स्वच्छता से प्रभावित होती है। इष्टतम पूर्व-उपचार और उसके बाद के आसंजन के लिए सतह साफ़ होनी चाहिए। उत्पाद सतहों पर उपचार को बाधित करने वाले संदूषण स्रोतों में गंदगी, धूल, ग्रीस और तेल शामिल हैं। सिलिकॉन, मोल्ड रिलीज़ और एंटी-स्लिप एजेंट जैसे कम आणविक भार वाले पदार्थ बंधन के लिए विशेष रूप से हानिकारक हैं। सामग्री की शुद्धता भी एक महत्वपूर्ण कारक है। इसके अलावा, पिगमेंट और डाई कलरेंट में प्रयुक्त कुछ घुलनशील या अघुलनशील यौगिक एजेंट आसंजन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं।

उपचारित प्लास्टिक की शेल्फ लाइफ (उपचार की एजिंग से क्षरण) रेज़िन के प्रकार, फ़ॉर्मूलेशन और भंडारण क्षेत्र के परिवेश पर निर्भर करती है। उपचारित उत्पादों की शेल्फ लाइफ कम आणविक भार वाले ऑक्सीकृत पदार्थों (LMWOM) की उपस्थिति से सीमित होती है, जैसे एंटीऑक्सीडेंट, प्लास्टिसाइज़र, स्लिप व एंटीस्टैटिक एजेंट, कलरेंट व पिगमेंट, स्टेबलाइज़र आदि। उपचारित सतहों को उच्च तापमान पर रखने से आणविक श्रृंखला की गतिशीलता बढ़ती है। श्रृंखला की गतिशीलता जितनी अधिक होगी, पूर्व-उपचार की एजिंग उतनी ही तेज़ होगी। प्लाज़्मा-उपचारित सतहें आसपास के वातावरण से जुड़े कारकों के अनुसार अलग-अलग दर और सीमा तक एज होती हैं। एजिंग विशेषताएँ और भंडारण शेल्फ लाइफ विनिर्माण प्रक्रिया संचालन के लिए अनिवार्य हैं। सक्रिय सतहों की शेल्फ लाइफ घंटों, दिनों, महीनों या उससे अधिक हो सकती है। पूर्व-उपचार के बाद उत्पादों को यथाशीघ्र बंधित, कोट, पेंट या डेकोरेट करने की सलाह दी जाती है।

प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार

क्लासिकल इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज (डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज) एक जनरेटर और उच्च-वोल्टेज स्रोत से जुड़े इलेक्ट्रोड, शून्य विभव पर एक प्रति-इलेक्ट्रोड और अवरोधक के रूप में प्रयुक्त डाइइलेक्ट्रिक द्वारा प्राप्त किया जाता है। अर्थात्, एक उच्च-आवृत्ति, उच्च-वोल्टेज डिस्चार्ज (स्टेप-अप ट्रांसफ़ॉर्मर) जो अर्थ ग्राउंड की आवश्यकता वाले दो बिंदुओं के बीच 35+kV और 20-25kHz का विभवांतर बनाता है। कस्टम इलेक्ट्रोड विन्यास कई अलग-अलग सतह ज्यामितियों – समतल, उभार-गड्ढे वाली, धँसी हुई, पृथक आदि – के उपचार की अनुमति देते हैं।

एक अनुप्रयोग उदाहरण इलेक्ट्रिकल कनेक्टरों के लिए कोरोना डिस्चार्ज उपचार प्रणाली है, जिसमें पिन और बॉल इलेक्ट्रोड का संयोजन एक साथ 3D छोटे व्यास वाले छिद्रों और समतल बाहरी सतहों का उपचार करता है, US Patent US5051586 (1991)2। विद्युत डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप प्लाज़्मा क्षेत्र में ओज़ोन उत्पन्न होता है। कोरोना डिस्चार्ज, जैसे विलायक या डिटर्जेंट से धोने के बाद मौजूद अदृश्य हाइड्रोकार्बन पदार्थों की सफ़ाई में यथोचित रूप से प्रभावी पाया गया है।

मिथक: वायुमंडलीय प्लाज़्मा कोरोना डिस्चार्ज की कम लागत वाली प्रतिस्थापन प्रौद्योगिकी है।

तथ्य: कोरोना डिस्चार्ज अक्सर बड़े सतह क्षेत्रों और अधिक सतही गहराई के उपचार के लिए अधिक प्रभावी होता है। वास्तव में, कई वायुमंडलीय प्लाज़्मा सिस्टम अधिक महँगे हैं।

इलेक्ट्रिकल “एयर प्लाज़्मा” एक कोरोना डिस्चार्ज स्पॉट ट्रीटमेंट है (जिसे ब्लोन एयर प्लाज़्मा/फ़ोर्स्ड एयर कोरोना/ब्लोन आर्क भी कहते हैं)। इस ट्रीटमेंट हेड में एक-दूसरे के निकट दो हुक इलेक्ट्रोड होते हैं जो उच्च-वोल्टेज ट्रांसफ़ॉर्मर से जुड़े होते हैं और लगभग 7 से 12kV का विद्युत आर्क उत्पन्न करते हैं, तथा (इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज की तुलना में) कम आवृत्ति 50 से 60 साइकिल/सेकंड पर काम करते हैं। फिर फ़ोर्स्ड एयर के उपयोग से, एक सतत विद्युत आर्क कोरोना डिस्चार्ज, “प्लाज़्मा”, उत्पन्न करता है। धनात्मक ग्राउंड की आवश्यकता नहीं होती। इस पूर्व-उपचार प्रक्रिया में लगभग कोई सफ़ाई क्षमता नहीं है। ओज़ोन उत्पन्न होता है।

मिथक: कोरोना डिस्चार्ज स्पॉट ट्रीटमेंट, फ्लेमिंग की तुलना में अधिक शेल्फ लाइफ देता है।

तथ्य: विद्वत अध्ययन दिखाते हैं कि पॉलीओलेफ़िन पर फ्लेम प्लाज़्मा अपेक्षाकृत कम उपचार गहराई के कारण उपचार-पश्चात अधिक शेल्फ लाइफ देता है।

वायुमंडलीय प्लाज़्मा या इलेक्ट्रिकल ब्लोन आयन प्लाज़्मा (जिसे फ़ोकस्ड कोरोना प्लाज़्मा भी कहते हैं) एक संकरे नोज़ल इलेक्ट्रोड का उपयोग करता है, जो इलेक्ट्रिकल जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफ़ॉर्मर तथा उच्च-दाब वाली हवा से संचालित होता है, जिसमें ट्रीटमेंट हेड के भीतर तीव्र फ़ोकस्ड प्लाज़्मा उत्पन्न होकर बाहर की ओर प्रवाहित होता है। यह पूर्व-उपचार प्रक्रिया सब्सट्रेट से गंदगी, मलबा और कुछ हाइड्रोकार्बन साफ़ कर सकती है, पर अधिकांश सिलिकॉन और स्लिप एजेंट नहीं। नए शोध संकेत देते हैं कि सतह की सूक्ष्म एचिंग यांत्रिक बंधन बढ़ाने के लिए नई स्थलाकृतियाँ बना सकती है। ओज़ोन का निर्माण नगण्य है।

मिथक: वायुमंडलीय प्लाज़्मा विद्युत-विभव से मुक्त है।

तथ्य: वायुमंडलीय प्लाज़्मा को “निम्न विभव” कहना अधिक उपयुक्त है, जब तक कि किसी विशिष्ट अनुप्रयोग पर उसका शून्य होना निर्णायक रूप से सिद्ध न हो जाए। उपकरण निर्माताओं के बीच प्रदर्शन में अंतर हैं।

फ्लेम प्लाज़्मा ट्रीटमेंट हवा और हाइड्रोकार्बन गैस के दहन में मौजूद अत्यंत अभिक्रियाशील प्रजातियों का उपयोग करता है (प्लाज़्मा बनाने के लिए)। हालाँकि फ्लेम ट्रीटमेंट ऊष्माक्षेपी है, रासायनिक कार्यात्मकता और बेहतर सतह वेटिंग ऊष्मा से नहीं बनती। फ्लेमिंग सब्सट्रेट से गंदगी, मलबा और कुछ हाइड्रोकार्बन साफ़ कर देगी।

फ्लेमिंग सिलिकॉन, मोल्ड रिलीज़ और स्लिप एजेंट को नहीं हटाएगी। सतह से अपेक्षाकृत कम उपचार गहराई, 5 से 10nm, के कारण फ्लेम ट्रीटमेंट इलेक्ट्रिकल पूर्व-उपचारों की तुलना में अधिक वेटिंग, ऑक्सीकरण और शेल्फ लाइफ दे सकता है। ओज़ोन उत्पन्न नहीं होता। फ्लेम ट्रीटमेंट बर्नर खरीदते समय रिबन बनाम ड्रिल्ड पोर्ट और ज़ीरो बैलेंस्ड रेगुलेटर के लाभों की तुलना करें।

मिथक: फ्लेम ट्रीटिंग असुरक्षित है। यह झूठी आलोचना प्रतिस्पर्धी उपकरण निर्माताओं से आती है।

तथ्य: दशकों से फ्लेम ट्रीटिंग का उपयोग कई उद्योगों में एक सुरक्षित और प्रभावी तकनीक के रूप में होता आ रहा है।

Pyrosil® एक नई मूल्यांकित पूर्व-उपचार तकनीक है, जिसे हाल ही में Applied Surface Technologies LLC और The Sabreen Group Inc. द्वारा प्लास्टिक (और धातुओं) के लिए अनुकूलित किया गया है। Pyrosil प्रक्रिया SURA Instruments GmbH द्वारा 30 वर्ष पहले विकसित एक स्वामित्व वाली फ्लेम प्रौद्योगिकी है और काँच व सिरेमिक के पूर्व-उपचार के लिए अत्यंत प्रभावी है।

हाल ही में Sabreen ने उन प्लास्टिक अनुप्रयोगों के लिए इस प्रक्रिया को स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ाया है जिन्हें चिपकाने वाले बंधन, UV इंकजेट आसंजन, सजावटी और कार्यात्मक कोटिंग्स की आवश्यकता होती है। कई उत्पादों पर परिणाम उत्कृष्ट रहे और कुछ मामलों में पारंपरिक विद्युत डिस्चार्ज और फ्लेमिंग विधियों से बेहतर सिद्ध हुए। इष्टतम आसंजन बंधन के लिए प्राइमर के अनुप्रयोग और फ्लेम दहन का प्रोसेस नियंत्रण महत्वपूर्ण है।

Pyrosil प्रक्रिया एक दहन रासायनिक वाष्प निक्षेपण (कम्बशन CVD) प्रौद्योगिकी है, जिससे उपचारित सब्सट्रेट पर अक्रिस्टलीय सिलिकेट परत बनती है। सतह का उपचार गैस फ्लेम के ऑक्सीकारी भाग से किया जाता है, जिसमें प्रीकर्सर, एक ऑर्गेनोसिलिकॉन यौगिक, होता है। प्रक्रिया के दौरान प्रीकर्सर का पायरोलिसिस (तापीय अपघटन) होता है और बनी “राख” अक्रिस्टलीय सिलिकेट के रूप में सतह पर जमा हो जाती है, जिससे एक अति-पतली (20 से 40nm), दृढ़ता से चिपकने वाली कोटिंग बनती है।

दूसरे शब्दों में, रासायनिक रूप से अत्यंत अभिक्रियाशील काँच-जैसी परत बनती है। एक स्वामित्व वाली रसायन को वाष्पित करके, जिसे प्रोपेन के साथ मिलाकर जलाया जाता है – SiOx (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) सब्सट्रेट पर जमा होता है। SiOx बेहतर जल-स्नेही गुण (वेटेबिलिटी) के लिए उच्च पृष्ठ तनाव बनाता है। Pyrosil मानक फ्लेम ट्रीटमेंट से भिन्न है। आसानी से बढ़ाए जा सकने वाले उत्पादन सिस्टम कस्टम-निर्मित किए जा सकते हैं।

मिथक: Pyrosil प्रक्रिया पारंपरिक फ्लेम ट्रीटमेंट जैसी ही है।

तथ्य: Pyrosil प्रौद्योगिकी फ्लेम ट्रीटमेंट से भिन्न है। यह गैस और सिलिकॉन यौगिकों के मिश्रण की निक्षेपण प्रक्रिया है।

प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार का चयन

यह समझें कि प्रत्येक सतह पूर्व-उपचार विधि अनुप्रयोग-विशिष्ट है और उसके अद्वितीय लाभ तथा संभावित सीमाएँ हो सकती हैं। सुदृढ़ परिणामों के लिए निम्नलिखित कारकों पर विचार करें:

• पॉलिमर ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं पर अलग-अलग प्रतिक्रिया देते हैं। पूर्व-उपचार विधि के चयन में पॉलिमरिक सब्सट्रेट का प्रकार और उसकी अंतिम-उपयोग प्रदर्शन आवश्यकताएँ निर्णायक हैं।
• क्या सब्सट्रेट (उपचारित किया जाने वाला उत्पाद) चालक है? उदाहरण के लिए, बिना असेंबल किए प्लास्टिक इलेक्ट्रॉनिक कनेक्टर बॉडी – धातु संपर्क पिन के बिना – का विद्युत उपचार किया जा सकता है, जबकि असेंबल किए कनेक्टरों में विद्युत आर्किंग की समस्याएँ आ सकती हैं।
• पुर्ज़े की ज्यामिति: गहरे गड्ढों, अत्यधिक टेपर और अन्य आकार की अनियमितताओं की तुलना में समतल सतहों का उपचार अधिक आसान है। छोटे क्षेत्रों और अत्यधिक बनावट वाली सतहों पर वेटिंग परीक्षण करना कठिन है।
• मटीरियल हैंडलिंग ऑटोमेशन: चालक बेल्ट और चेन क्लासिकल इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज और स्पॉट ट्रीटर के साथ विद्युत आर्किंग पैदा कर सकती हैं। इसके विकल्प के रूप में फ्लेम, कोल्ड गैस प्लाज़्मा या निम्न विभव वायुमंडलीय प्लाज़्मा के उपयोग पर विचार करें।
• अति-उपचार से बचें। अत्यधिक प्लाज़्मा-ऑक्सीकृत सतहें हीट सीलिंग/वेल्डिंग जैसी आगे की असेंबली प्रक्रियाओं पर हानिकारक प्रभाव डाल सकती हैं।
• सभी पूर्व-उपचार उपकरण एक समान नहीं होते। निर्मित सिस्टम की गुणवत्ता को कार्य करते हुए जाँचें। विद्युत उपचार प्रक्रियाओं के लिए प्लाज़्मा डिस्चार्ज की एकरूपता देखें; फ्लेम ट्रीटमेंट के लिए रिबन बनाम ड्रिल्ड पोर्ट बर्नर और दहन प्रणाली के घटकों के अंतर पर विचार करें; कोल्ड गैस प्लाज़्मा के लिए चेंबर निर्माण, इलेक्ट्रोड शेल्फ और विशेष रूप से वैक्यूम पंप के निर्माता की गुणवत्ता जाँचें।

पॉलिमरिक बंधन की समस्याएँ व्यापक हैं और केवल चिपकाने वाले पदार्थों तक सीमित नहीं हैं। आसंजन बंधन की विफलता से महत्वपूर्ण लागत निहितार्थ जुड़े हैं। प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार सबसे आम संशोधन विधि, किफ़ायती और सुरक्षित हैं। किसी भी अनुप्रयोग के लिए कौन-सी विधि अपनाई जाए, यह चुनना चुनौतीपूर्ण हो सकता है, जिसका एक कारण भ्रांतियाँ और भ्रमित करने वाली शब्दावली है।

कॉन्टैक्ट एंगल, सतह वेटिंग और रासायनिक सक्रियण के विज्ञान को समझकर, सबसे चुनौतीपूर्ण पॉलिमरिक और इलास्टोमेरिक सामग्रियों के साथ भी, लगभग किसी भी बंधन समस्या को सफलतापूर्वक हल किया जा सकता है।

The Sabreen Group आसंजन बंधन प्रक्रियाओं, प्लाज़्मा पूर्व-उपचार और उन्नत विनिर्माण तकनीकों पर व्यापक ऑनसाइट शिक्षा और प्रशिक्षण प्रदान करती है। पूर्व-उपचार उपकरण का प्रदर्शन वास्तविक उत्पादन पुर्ज़ों और रियल-टाइम परीक्षण के साथ इन-हाउस किया जाता है। परिणामों की गारंटी।

Scott R. Sabreen The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो द्वितीयक प्लास्टिक विनिर्माण प्रक्रियाओं – लेज़र मार्किंग, सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग और उत्पाद सुरक्षा – में विशेषज्ञता रखने वाली इंजीनियरिंग कंपनी है। Sabreen 30 से अधिक वर्षों से अग्रणी प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण समस्याएँ हल कर रहे हैं। उनसे 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.plasticslasermarking.com पर जाकर संपर्क किया जा सकता है।

संदर्भ

• Mark Strobel, Mary Jane Walzak, Josephine M. Hill, Amy Lin, Elizabeth Karbashewski & Christopher S. Lyons (2012) A comparison of gas-phase methods of modifying polymer surfaces, Journal of Adhesion Science and Technology, 9:3, 365-383, DOI: 10.1163/156856195X00554
• Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc., “Surface Wetting Pretreatment Methods,” Plastics Decorating magazine, 2002

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