소수성 회복
핵심 요약
- 처리된 표면은 처리 상태를 유지하지 않습니다. 처리된 폴리머는 처리가 끝나는 순간부터 미처리 상태의 표면 에너지로 되돌아가기 시작합니다.
- 네 가지 메커니즘이 작용합니다. 극성기의 내부 재배향, 산화된 단편의 이동, 첨가제 블룸, 공기 중 오염입니다.
- 감소는 처음에 빠르고 이후 느려집니다. 손실의 대부분은 처음 몇 시간에서 며칠 사이에 일어나며, 이후의 안정 구간이 잉크나 접착제가 마주하는 수준입니다.
- 유효 시간은 사양 항목입니다. 폴리올레핀은 잉크 인쇄 가능 수준을 수 시간에서 수 일, PET, PC, ABS는 수 주에서 수 개월, 실리콘 고무는 수 분에서 수 시간 유지합니다.
소수성 회복
소수성 회복은 플라즈마, 코로나 또는 화염 처리된 폴리머 표면에서 처리 후 표면 에너지가 점진적으로 떨어지는 현상입니다. 산화로 생성된 극성기가 매몰되거나 덮이거나 희석되면서, 표면이 본래의 낮은 에너지와 발수 상태로 되돌아가기 때문입니다. 처리 열화 또는 처리 경시 변화라고도 하며, 처리 장비에서 측정한 다인 레벨이 잉크나 접착제가 실제로 접하는 수준과 다른 이유입니다.
처리는 폴리올레핀을 29–31에서 44–56 dyne/cm까지 끌어올릴 수 있습니다. 회복이 완전히 원래 수준까지 되돌리는 경우는 드물며, 두 값 사이의 안정 구간에서 멈춥니다. 이 안정 구간과 공정에 필요한 수준을 비교하여 사용 가능한 유효 시간이 정해집니다.
메커니즘
네 가지 과정이 동시에 진행되며, 어느 것이 지배적인지는 폴리머, 첨가제 구성, 보관 조건에 따라 달라집니다.
동역학과 일반적인 유효 시간
표면 에너지를 로그 시간에 대해 그리면 회복은 가파른 하락 뒤에 안정 구간이 이어지는 형태입니다. 코로나 처리된 폴리프로필렌에서는 실온에서 24–72시간 안에 미처리 수준 대비 상승분의 약 절반이 사라진 뒤 곡선이 평평해지며, 이 상태가 수 주간 유지될 수 있습니다. 회복 속도는 사슬의 이동성에 따릅니다. 폴리프로필렌(Tg 0 °C 미만), 폴리에틸렌, 실리콘은 실온에서 고무 상태여서 자유롭게 재배향하는 반면, PET(Tg 약 70–80 °C), ABS(약 105 °C), 폴리카보네이트(약 147 °C)는 유리 상태여서 재배향이 거의 정지되어 있습니다. 이는 표면 에너지 변화의 양상을 결정합니다.
열화 측정
생산 소재를 생산 현장의 보관 조건에서 0, 1, 4, 24, 72시간, 이어서 7, 14, 28일에 젖음성을 측정하여 회복 특성을 파악하십시오.
- ASTM D2578에 따른 젖음 장력 용액은 2 dyne/cm 단계로 구간화된 값을 제공하며, 전체 측정 일정을 소화할 만큼 빠릅니다.
- 정지 액적 접촉각(코로나 처리 필름은 ASTM D5946, 또는 물과 요오드화메틸렌을 사용하는 고니오미터)은 연속적인 수치를 제공하며, 두 가지 액체를 쓰면 열화되는 부분인 극성 성분을 분리할 수 있습니다. 다인 펜은 열화를 감지할 수 있지만 분포를 파악할 수는 없습니다.
처리가 가장자리에서 중앙까지 달라지므로 시료당 세 위치를 측정하고, 모든 측정점마다 처리 장비 설정, 수지 로트, 보관 온도, 포장을 기록하십시오. 표면 에너지 계산기로 다인 레벨 또는 접촉각 쌍을 잉크나 접착제에 필요한 마진과 대조해 확인할 수 있습니다.
유효 시간을 단축하거나 연장하는 요인
처리 유효 시간의 규정 및 검증
회복은 막을 수 없으므로 공정을 이에 맞춰 설계합니다. 인라인 처리(필름은 코로나 방전, 성형 부품은 대기압 플라즈마 또는 화염 플라즈마를 잉크나 접착제 도포 수 초 전에 적용), 열화 곡선에서 구한 최대 간격을 두는 배치 처리의 처리-접착 유효 시간, 또는 재배향은 되돌리지만 첨가제 블룸은 되돌리지 못하는 경시 재고의 재처리 방식이 있습니다.
사양서에는 다음 내용을 명시해야 합니다.
- 처리 장비가 아닌 사용 지점에서 필요한 표면 에너지. 예를 들어 ASTM D2578 기준 최소 42 dyne/cm 또는 물 접촉각 60° 미만.
- 최대 처리-접착 간격. 측정 곡선이 해당 요구 수준을 가로지르는 시간의 절반 이하로 정합니다.
- 보관 조건. 온도 범위, 포장, 미처리 폴리올레핀, 골판지, 실리콘과의 비접촉.
- 검증. 교대조마다 한 번, 그리고 24시간이 지난 재고를 사용하기 전에 측정.
플라즈마 표면 처리의 지속 시간은 이를 성형 부품 라인에 적용한 내용이며, 표면 전처리는 방법 선택을 다룹니다.
문제 해결
관련 용어 및 자료
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자주 묻는 질문
플라즈마 또는 코로나 처리 후 소수성 회복은 얼마나 빨리 일어납니까?
처음 몇 시간이 가장 빠릅니다. 코로나 처리된 폴리프로필렌에서는 미처리 수준인 29 dyne/cm 대비 상승분의 약 절반이 24–72시간 안에 사라질 수 있으며, 이후 곡선이 안정 구간으로 평평해져 수 주간 유지될 수 있습니다. 실리콘 고무는 수 분에서 수 시간 안에 회복되고, 유리 상태인 PET, 폴리카보네이트, ABS는 수 주에서 수 개월이 걸립니다.
표면이 미처리 상태로 완전히 되돌아갑니까?
대개 그렇지 않습니다. 재배향은 극성기를 제거하지 않고 매몰시킬 뿐이며, 처리로 인한 가교가 표면을 구속하므로 대부분의 폴리머는 미처리 값보다 높은 수준에서 안정됩니다. 그 안정 구간이 사용 가능한지는 액체에 따라 다릅니다. 폴리프로필렌의 38 dyne/cm는 일부 용제형 잉크에는 적합하지만, 42 dyne/cm인 수성 잉크에는 부족합니다.
경시된 재고를 다시 처리하면 됩니까?
재배향이 지배적인 메커니즘이라면 가능합니다. 재처리가 극성기를 다시 표면으로 돌려놓아 표면이 새 재고처럼 거동합니다. 원인이 첨가제 블룸이라면 재처리는 폴리머가 아닌 블룸을 활성화하므로 수 시간 안에 다시 수준이 무너집니다. 재처리 전에 시료 하나를 용제로 닦아 보십시오. 그 시료만 유지된다면 블룸이 원인입니다.
처리-접착 유효 시간은 사양서에 어떻게 기재해야 합니까?
생산 소재를 생산 보관 조건에서 열화 곡선으로 측정하고, 잉크나 접착제에 필요한 수준을 곡선이 가로지르는 시점을 찾아, 그 시간의 절반으로 최대 간격을 설정합니다. 사용 지점의 수준, 시험 방법(ASTM D2578 또는 물 접촉각), 보관 온도와 포장, 교대조별 검증 점검을 명시하십시오.
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Scott Sabreen — 사장 겸 수석 엔지니어, 30년 이상의 경력. 귀사의 적용 분야와 SABREEN 솔루션에 대해 무료로 상담해 드립니다. 가장 어려운 과제를 저희에게 맡겨 주십시오.
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