Récupération hydrophobe

Récupération hydrophobe

Points clés

• Une surface traitée ne le reste pas. Un polymère traité dérive vers son énergie de surface d'origine dès l'arrêt du traitement.
• Quatre mécanismes en sont la cause : réorientation des groupes polaires vers la masse, migration de fragments oxydés, exsudation d'additifs et contamination par l'air ambiant.
• La dégradation est rapide, puis lente. L'essentiel de la perte survient dans les premières heures ou les premiers jours ; le palier qui suit est ce que rencontre l'encre ou l'adhésif.
• La fenêtre est un élément de spécification. Les polyoléfines conservent un niveau suffisant pour l'encre pendant des heures à des jours, le PET, le PC et l'ABS pendant des semaines à des mois, le caoutchouc silicone pendant des minutes à des heures.

Récupération hydrophobe

La récupération hydrophobe est la perte progressive d'énergie de surface d'un polymère traité par plasma, corona ou flamme après le traitement : les groupes polaires créés par l'oxydation sont enfouis, recouverts ou dilués, et la surface retourne vers son état initial de faible énergie et de répulsion de l'eau. Appelée aussi dégradation ou vieillissement du traitement, elle explique pourquoi un niveau de dyne mesuré au poste de traitement n'est pas celui que verra l'encre ou l'adhésif.

Le traitement peut faire passer une polyoléfine de 29–31 à 44–56 dyne/cm. La récupération la ramène rarement jusqu'au point de départ ; elle se stabilise sur un palier intermédiaire, et c'est la comparaison de ce palier avec le niveau requis par le procédé qui détermine la fenêtre utilisable.

Mécanismes

Quatre processus agissent en parallèle ; celui qui domine dépend du polymère, du système d'additifs et du stockage.

Cinétique et fenêtres typiques

Tracée en énergie de surface en fonction du logarithme du temps, la récupération présente une chute abrupte suivie d'un palier. Sur du polypropylène traité par corona, environ la moitié du gain par rapport au niveau non traité peut disparaître en 24–72 heures à température ambiante, avant que la courbe ne s'aplatisse et ne tienne parfois plusieurs semaines. La vitesse suit la mobilité des chaînes : le polypropylène (Tg inférieure à 0 °C), le polyéthylène et les silicones sont caoutchouteux à température ambiante et se réorientent librement ; le PET (Tg d'environ 70–80 °C), l'ABS (environ 105 °C) et le polycarbonate (environ 147 °C) sont vitreux, et la réorientation y est quasiment figée.

Mesurer la dégradation

Caractérisez la récupération en mesurant la mouillabilité sur le matériau de production, stocké dans les conditions de production, à 0, 1, 4, 24 et 72 heures, puis à 7, 14 et 28 jours.

• Les solutions de tension de mouillage selon la norme ASTM D2578 donnent une valeur encadrée par paliers de 2 dyne/cm, assez rapide pour l'ensemble du calendrier.
• L'angle de contact en goutte posée (ASTM D5946 pour un film traité par corona, ou goniomètre avec eau et diiodométhane) donne une valeur continue et, avec deux liquides, isole la composante polaire, qui est celle qui se dégrade. Les stylos à dyne détectent la dégradation mais ne permettent pas de la cartographier.

Mesurez trois positions par échantillon, car le traitement varie du bord au centre, et consignez avec chaque point les réglages du poste de traitement, le lot de résine, la température de stockage et l'emballage. Le calculateur d'énergie de surface compare un niveau de dyne ou un couple d'angles de contact à la marge dont l'encre ou l'adhésif a besoin.

Facteurs qui raccourcissent ou prolongent la fenêtre

Spécifier et vérifier une fenêtre de traitement

La récupération ne peut pas être désactivée ; le procédé doit donc être conçu autour d'elle : traitement en ligne (décharge corona sur film, plasma atmosphérique ou plasma à flamme sur pièces moulées, quelques secondes avant l'encre ou l'adhésif), fenêtre entre traitement et collage pour le traitement par lots, avec un intervalle maximal tiré de la courbe de dégradation, ou nouveau traitement du stock vieilli, qui inverse la réorientation mais pas l'exsudation d'additifs.

La spécification doit alors indiquer :

• Énergie de surface requise au point d'utilisation, par exemple 42 dyne/cm minimum selon ASTM D2578 ou angle de contact à l'eau inférieur à 60°, et non au poste de traitement.
• Intervalle maximal entre traitement et collage, au plus la moitié du temps au bout duquel la courbe mesurée franchit cette exigence.
• Conditions de stockage : plage de température, emballage, absence de contact avec des polyoléfines non traitées, du carton ondulé ou du silicone.
• Vérification : une mesure par poste et avant d'utiliser un stock de plus de 24 heures.

La durée d'efficacité du traitement de surface par plasma applique ces principes à une ligne de pièces moulées ; le prétraitement de surface traite du choix de la méthode.

Dépannage

Termes connexes et lectures

• Énergie de surface
• Angle de contact
• Plasma à flamme Pyrosil
• Plasma froid à gaz
• Vieillissement accéléré
• Prétraitements de surface par plasma des polymères pour améliorer le collage par adhérence

Application en production

The Sabreen Group fournit un accompagnement d'ingénierie indépendant pour la qualification des fenêtres de prétraitement, la mesure des courbes de dégradation et le dépannage des défauts d'adhérence. Si vous spécifiez un procédé, qualifiez un matériau ou cherchez à résoudre un problème de production, notre équipe de services d'ingénierie peut vous aider. Contactez-nous pour discuter de votre application.

Questions fréquentes

À quelle vitesse la récupération hydrophobe se produit-elle après un traitement plasma ou corona ?

Très vite dans les premières heures. Sur du polypropylène traité par corona, environ la moitié du gain par rapport au niveau non traité de 29 dyne/cm peut être perdue en 24–72 heures, après quoi la courbe s'aplatit en un palier qui peut tenir plusieurs semaines. Le caoutchouc silicone récupère en quelques minutes à quelques heures ; le PET, le polycarbonate et l'ABS, vitreux, mettent des semaines à des mois.

La surface retrouve-t-elle complètement son état non traité ?

En général non. La réorientation enfouit les groupes polaires sans les supprimer, et la réticulation induite par le traitement contraint la surface ; la plupart des polymères se stabilisent donc au-dessus de la valeur non traitée. Que ce palier soit exploitable dépend du liquide : 38 dyne/cm sur du polypropylène conviennent à certaines encres solvantées, mais pas à une encre à base d'eau de 42 dyne/cm.

Peut-on simplement retraiter un stock vieilli ?

Si la réorientation est le mécanisme dominant, oui : le nouveau traitement ramène les groupes polaires en surface et celle-ci se comporte comme un stock neuf. Si la cause est l'exsudation d'additifs, le nouveau traitement active l'exsudat plutôt que le polymère, et le niveau s'effondre de nouveau en quelques heures. Essuyez un échantillon au solvant avant de retraiter ; si seul cet échantillon tient, l'exsudation est en cause.

Comment inscrire une fenêtre entre traitement et collage dans une spécification ?

Mesurez la courbe de dégradation sur le matériau de production, stocké dans les conditions de production, repérez où elle franchit le niveau dont l'encre ou l'adhésif a besoin, et fixez l'intervalle maximal à la moitié de ce temps. Indiquez le niveau au point d'utilisation, la méthode d'essai (ASTM D2578 ou angle de contact à l'eau), la température de stockage et l'emballage, ainsi qu'un contrôle de vérification par poste.

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