Recupero idrofobico

Recupero idrofobico

Punti chiave

• Le superfici trattate non restano trattate. Un polimero trattato torna verso la sua energia superficiale originaria dal momento in cui il trattamento termina.
• Quattro meccanismi lo determinano: riorientamento dei gruppi polari verso il volume, migrazione dei frammenti ossidati, affioramento degli additivi e contaminazione presente nell'aria.
• Il decadimento è rapido, poi lento. La maggior parte della perdita avviene nelle prime ore o nei primi giorni; il plateau successivo è ciò che incontrano inchiostro o adesivo.
• La finestra è un elemento di specifica. Le poliolefine mantengono un livello adatto all'inchiostro per ore o giorni, PET, PC e ABS per settimane o mesi, la gomma siliconica per minuti o ore.

Recupero idrofobico

Il recupero idrofobico è la perdita progressiva di energia superficiale su una superficie polimerica trattata al plasma, con scarica corona o a fiamma, man mano che i gruppi polari creati dall'ossidazione vengono sepolti, ricoperti o diluiti e la superficie torna verso lo stato originario, a bassa energia e idrorepellente. Detto anche decadimento del trattamento o invecchiamento del trattamento, è il motivo per cui il livello dyne misurato al trattatore non è quello che incontreranno inchiostro o adesivo.

Il trattamento può portare una poliolefina da 29–31 a 44–56 dyne/cm. Il recupero raramente la riporta del tutto indietro; si assesta su un plateau intermedio, e il confronto tra questo plateau e il livello richiesto dal processo definisce la finestra utilizzabile.

Meccanismi

Quattro processi agiscono in parallelo; quale prevalga dipende dal polimero, dal pacchetto di additivi e dallo stoccaggio.

Cinetica e finestre tipiche

Riportato come energia superficiale in funzione del logaritmo del tempo, il recupero è una ripida discesa seguita da un plateau. Sul polipropilene trattato con scarica corona circa metà del guadagno rispetto al livello non trattato può scomparire entro 24–72 ore a temperatura ambiente, prima che la curva si appiattisca e magari resti stabile per settimane. La velocità segue la mobilità delle catene: polipropilene (Tg inferiore a 0 °C), polietilene e siliconi sono gommosi a temperatura ambiente e si riorientano liberamente; PET (Tg circa 70–80 °C), ABS (circa 105 °C) e policarbonato (circa 147 °C) sono vetrosi e il riorientamento è quasi bloccato. Cfr. energia superficiale.

Misura del decadimento

Caratterizzi il recupero misurando la bagnabilità su materiale di produzione, conservato come in produzione, a 0, 1, 4, 24 e 72 ore, poi a 7, 14 e 28 giorni.

• Le soluzioni di tensione di bagnatura secondo ASTM D2578 forniscono un valore compreso tra due passi di 2 dyne/cm, abbastanza rapido per l'intero programma.
• L'angolo di contatto con goccia sessile (ASTM D5946 per film trattato con scarica corona, o un goniometro con acqua e diiodometano) fornisce un valore continuo e, con due liquidi, isola la componente polare, che è quella che decade. Le penne dyne rilevano il decadimento ma non possono mapparlo. Cfr. angolo di contatto.

Misuri tre posizioni per campione, poiché il trattamento varia dal bordo al centro, e registri per ogni punto impostazioni del trattatore, lotto di resina, temperatura di stoccaggio e imballaggio. Il calcolatore di energia superficiale verifica un valore dyne o una coppia di angoli di contatto rispetto al margine richiesto da inchiostro o adesivo.

Fattori che accorciano o allungano la finestra

Specifica e verifica di una finestra di trattamento

Il recupero non si può disattivare, quindi il processo va progettato intorno ad esso: trattamento in linea (scarica corona su film, plasma atmosferico o plasma a fiamma su pezzi stampati, pochi secondi prima di inchiostro o adesivo), una finestra tra trattamento e incollaggio per il trattamento a lotti, con un intervallo massimo ricavato dalla curva di decadimento, oppure il ritrattamento del materiale invecchiato, che inverte il riorientamento ma non l'affioramento degli additivi.

La specifica deve quindi indicare:

• Energia superficiale richiesta al punto d'uso, per esempio minimo 42 dyne/cm secondo ASTM D2578 o angolo di contatto con l'acqua inferiore a 60°, non al trattatore.
• Intervallo massimo tra trattamento e incollaggio, non superiore alla metà del tempo in cui la curva misurata incrocia tale requisito.
• Condizioni di stoccaggio: intervallo di temperatura, imballaggio, nessun contatto con poliolefine non trattate, cartone ondulato o silicone.
• Verifica: una misura per turno e prima di impiegare materiale più vecchio di 24 ore.

Quanto dura il trattamento superficiale al plasma applica tutto questo a una linea di pezzi stampati; il pretrattamento superficiale tratta la scelta del metodo.

Risoluzione dei problemi

Termini correlati e letture

• Energia superficiale
• Angolo di contatto
• Plasma a fiamma Pyrosil
• Plasma freddo
• Invecchiamento accelerato
• Pretrattamenti superficiali al plasma dei polimeri per migliorare l'incollaggio per adesione

Applicazione in produzione

The Sabreen Group offre supporto ingegneristico indipendente per la qualifica della finestra di pretrattamento, la misura della curva di decadimento e la risoluzione dei problemi di adesione. Se sta specificando un processo, qualificando un materiale o risolvendo un problema di produzione, il nostro team di servizi di ingegneria può aiutarLa. Ci contatti per discutere la Sua applicazione.

Domande frequenti

Quanto è rapido il recupero idrofobico dopo il trattamento al plasma o con scarica corona?

Più rapido nelle prime ore. Sul polipropilene trattato con scarica corona circa metà del guadagno rispetto ai 29 dyne/cm non trattati può andare perso entro 24–72 ore, dopodiché la curva si appiattisce in un plateau che può durare settimane. La gomma siliconica recupera in minuti od ore; PET, policarbonato e ABS, vetrosi, impiegano da settimane a mesi.

La superficie torna completamente allo stato non trattato?

Di solito no. Il riorientamento seppellisce i gruppi polari senza eliminarli, e la reticolazione indotta dal trattamento vincola la superficie, per cui la maggior parte dei polimeri si assesta su un plateau superiore al valore non trattato. Che tale plateau sia utilizzabile dipende dal liquido: 38 dyne/cm sul polipropilene vanno bene per alcuni inchiostri a solvente ma non per un inchiostro a base acqua da 42 dyne/cm.

Il materiale invecchiato può semplicemente essere trattato di nuovo?

Se il meccanismo dominante è il riorientamento, sì: il ritrattamento ruota di nuovo all'esterno i gruppi polari e la superficie si comporta come materiale fresco. Se la causa è l'affioramento degli additivi, il ritrattamento attiva l'affioramento anziché il polimero e il livello crolla di nuovo entro poche ore. Pulisca con solvente un campione prima del ritrattamento; se solo quel campione tiene, il problema è l'affioramento.

Come si scrive in una specifica la finestra tra trattamento e incollaggio?

Misuri la curva di decadimento sul materiale di produzione, conservato come in produzione, trovi dove incrocia il livello richiesto da inchiostro o adesivo e fissi l'intervallo massimo alla metà di quel tempo. Indichi il livello al punto d'uso, il metodo di prova (ASTM D2578 o angolo di contatto con l'acqua), temperatura di stoccaggio e imballaggio, e un controllo di verifica per turno.

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