Odzyskiwanie hydrofobowości

Odzyskiwanie hydrofobowości

Najważniejsze informacje

• Obrobione powierzchnie nie pozostają obrobione. Obrobiony polimer wraca w kierunku nieobrobionej energii powierzchniowej od chwili zakończenia obróbki.
• Napędzają to cztery mechanizmy: reorientacja grup polarnych w głąb materiału, migracja utlenionych fragmentów, wykwity dodatków i zanieczyszczenia z powietrza.
• Zanik jest szybki, a potem powolny. Większość strat następuje w ciągu pierwszych godzin lub dni; plateau, które po nich występuje, jest tym, co widzi farba lub klej.
• Okno czasowe jest elementem specyfikacji. Poliolefiny utrzymują poziom wystarczający dla farb drukarskich przez godziny do dni, PET, PC i ABS przez tygodnie do miesięcy, a guma silikonowa przez minuty do godzin.

Odzyskiwanie hydrofobowości

Odzyskiwanie hydrofobowości to postępująca utrata energii powierzchniowej na powierzchni polimeru poddanej obróbce plazmowej, koronowej lub płomieniowej po zakończeniu obróbki, gdy grupy polarne powstałe w wyniku utleniania zostają zagłębione, przykryte lub rozcieńczone, a powierzchnia wraca do pierwotnego stanu niskiej energii i odpychania wody. Zjawisko to nazywa się też zanikiem obróbki lub starzeniem obróbki i dlatego poziom dyne zmierzony przy urządzeniu do obróbki nie jest poziomem, który zobaczy farba lub klej.

Obróbka może podnieść poliolefinę z 29–31 do 44–56 dyne/cm. Odzyskiwanie rzadko cofa ją całkowicie; ustala się na plateau pomiędzy tymi wartościami, a to plateau w stosunku do poziomu wymaganego w procesie wyznacza użyteczne okno.

Mechanizmy

Cztery procesy przebiegają równolegle; to, który dominuje, zależy od polimeru, pakietu dodatków i warunków składowania.

Kinetyka i typowe okna czasowe

Na wykresie energii powierzchniowej w funkcji logarytmu czasu odzyskiwanie ma postać stromego spadku, po którym następuje plateau. W polipropylenie poddanym obróbce koronowej mniej więcej połowa przyrostu ponad poziom nieobrobiony może zniknąć w ciągu 24–72 godzin w temperaturze pokojowej, zanim krzywa się spłaszczy, a następnie może utrzymywać się tygodniami. Szybkość wynika z ruchliwości łańcuchów: polipropylen (Tg poniżej 0 °C), polietylen i silikony są w temperaturze pokojowej elastyczne i reorientują się swobodnie; PET (Tg ok. 70–80 °C), ABS (ok. 105 °C) i poliwęglan (ok. 147 °C) są szkliste, a reorientacja jest niemal zamrożona.

Pomiar zaniku

Odzyskiwanie należy scharakteryzować, mierząc zwilżalność materiału produkcyjnego przechowywanego w warunkach produkcyjnych po 0, 1, 4, 24 i 72 godzinach, a następnie po 7, 14 i 28 dniach.

• Roztwory do pomiaru napięcia zwilżania wg ASTM D2578 dają wartość w przedziale z krokiem 2 dyne/cm, wystarczająco szybko dla pełnego harmonogramu.
• Pomiar kąta zwilżania metodą leżącej kropli (ASTM D5946 dla folii poddanej obróbce koronowej lub goniometr z wodą i dijodometanem) daje liczbę ciągłą, a przy dwóch cieczach wydziela składową polarną, czyli tę, która zanika. Pisaki dyne wykrywają zanik, ale nie pozwalają go odwzorować.

Należy mierzyć trzy pozycje na próbce, ponieważ obróbka różni się między krawędzią a środkiem, i zapisywać przy każdym punkcie ustawienia urządzenia, partię żywicy, temperaturę składowania i opakowanie. Kalkulator energii powierzchniowej sprawdza parę wartości poziomu dyne lub kąta zwilżania względem marginesu wymaganego przez farbę lub klej.

Czynniki skracające lub wydłużające okno czasowe

Określanie i weryfikacja okna obróbki

Odzyskiwania nie można wyłączyć, dlatego proces projektuje się wokół niego: obróbka w linii (wyładowanie koronowe na folii, plazma atmosferyczna lub plazma płomieniowa na częściach formowanych, na kilka sekund przed nałożeniem farby lub kleju), okno od obróbki do klejenia przy obróbce wsadowej z maksymalnym odstępem wyznaczonym z krzywej zaniku albo ponowna obróbka starzonego materiału, która odwraca reorientację, ale nie wykwity dodatków.

Specyfikacja powinna wówczas określać:

• Wymaganą energię powierzchniową w miejscu użycia, na przykład minimum 42 dyne/cm wg ASTM D2578 lub kąt zwilżania wodą poniżej 60°, a nie przy urządzeniu do obróbki.
• Maksymalny odstęp od obróbki do klejenia, nie większy niż połowa czasu, w którym zmierzona krzywa przecina to wymaganie.
• Warunki składowania: zakres temperatur, opakowanie, brak kontaktu z nieobrobioną poliolefiną, tekturą falistą lub silikonem.
• Weryfikację: jeden pomiar na zmianę oraz przed użyciem materiału starszego niż 24 godziny.

Jak długo utrzymuje się plazmowa obróbka powierzchni stosuje to do linii części formowanych; dobór metody opisuje obróbka wstępna powierzchni.

Rozwiązywanie problemów

Powiązane terminy i lektura

• Energia powierzchniowa
• Kąt zwilżania
• Plazma płomieniowa Pyrosil
• Plazma zimna (niskociśnieniowa)
• Przyspieszone starzenie
• Plazmowa obróbka wstępna polimerów w celu poprawy łączenia adhezyjnego

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie kwalifikacji okna obróbki wstępnej, pomiaru krzywej zaniku i rozwiązywania problemów z przyczepnością. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub rozwiązują problem produkcyjny, nasz zespół usług inżynieryjnych może pomóc. Skontaktuj się z nami, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Jak szybko następuje odzyskiwanie hydrofobowości po obróbce plazmowej lub koronowej?

Najszybciej w pierwszych godzinach. W polipropylenie poddanym obróbce koronowej około połowa przyrostu ponad nieobrobione 29 dyne/cm może zostać utracona w ciągu 24–72 godzin, po czym krzywa spłaszcza się do plateau, które może utrzymywać się tygodniami. Guma silikonowa odzyskuje hydrofobowość w ciągu minut do godzin; szkliste PET, poliwęglan i ABS potrzebują tygodni do miesięcy.

Czy powierzchnia wraca całkowicie do stanu nieobrobionego?

Zwykle nie. Reorientacja zagłębia grupy polarne, ale ich nie usuwa, a sieciowanie wywołane obróbką ogranicza ruchliwość powierzchni, więc większość polimerów ustala się powyżej wartości nieobrobionej. To, czy takie plateau jest użyteczne, zależy od cieczy: 38 dyne/cm na polipropylenie wystarcza dla niektórych farb rozpuszczalnikowych, ale nie dla farby wodnej wymagającej 42 dyne/cm.

Czy starzony materiał można po prostu obrobić ponownie?

Jeśli dominującym mechanizmem jest reorientacja, tak: ponowna obróbka obraca grupy polarne z powrotem na zewnątrz i powierzchnia zachowuje się jak świeży materiał. Jeśli przyczyną są wykwity dodatków, ponowna obróbka aktywuje wykwit, a nie polimer, i poziom ponownie spada w ciągu godzin. Przed ponowną obróbką należy przetrzeć jedną próbkę rozpuszczalnikiem; jeśli utrzymuje się tylko ta próbka, problemem są wykwity.

Jak zapisać okno od obróbki do klejenia w specyfikacji?

Należy zmierzyć krzywą zaniku na materiale produkcyjnym w warunkach produkcyjnego składowania, znaleźć punkt, w którym przecina poziom wymagany przez farbę lub klej, i ustalić maksymalny odstęp na połowie tego czasu. Trzeba podać poziom w miejscu użycia, metodę badania (ASTM D2578 lub kąt zwilżania wodą), temperaturę składowania i opakowanie oraz kontrolę weryfikacyjną na każdą zmianę.

---