Phục hồi tính kỵ nước

Phục hồi tính kỵ nước

Điểm chính cần nhớ

• Bề mặt đã xử lý không giữ nguyên trạng thái. Polymer đã xử lý trôi dần về năng lượng bề mặt ban đầu ngay từ lúc ngừng xử lý.
• Bốn cơ chế gây ra hiện tượng này: nhóm phân cực quay vào bên trong khối vật liệu, các mảnh bị oxy hóa di chuyển đi, phụ gia tiết ra bề mặt và nhiễm bẩn từ không khí.
• Suy giảm nhanh lúc đầu rồi chậm dần. Phần lớn mức mất xảy ra trong những giờ đến ngày đầu; vùng ổn định sau đó mới là mức mà mực hoặc keo dán gặp phải.
• Khoảng thời gian hiệu lực là một hạng mục của tiêu chuẩn kỹ thuật. Polyolefin giữ được mức dyne đủ để in trong vài giờ đến vài ngày, PET, PC và ABS trong vài tuần đến vài tháng, cao su silicone chỉ trong vài phút đến vài giờ.

Phục hồi tính kỵ nước

Phục hồi tính kỵ nước là sự mất dần năng lượng bề mặt trên bề mặt polymer đã xử lý bằng plasma, corona hoặc ngọn lửa sau khi xử lý, khi các nhóm phân cực tạo ra do oxy hóa bị chôn vùi, bị che phủ hoặc bị pha loãng và bề mặt trôi trở lại trạng thái năng lượng thấp, đẩy nước ban đầu. Hiện tượng này còn gọi là suy giảm hiệu quả xử lý hoặc lão hóa của xử lý, và là lý do mức dyne đo tại máy xử lý không phải mức mà mực hoặc keo dán sẽ gặp.

Xử lý có thể nâng polyolefin từ 29–31 lên 44–56 dyne/cm. Phục hồi hiếm khi đưa bề mặt về hoàn toàn mức cũ; nó ổn định ở một vùng nằm giữa hai mức, và vùng này so với mức mà quy trình yêu cầu quyết định khoảng thời gian có thể sử dụng.

Cơ chế

Bốn quá trình diễn ra song song; quá trình nào chiếm ưu thế phụ thuộc vào polymer, hệ phụ gia và điều kiện bảo quản.

Động học và khoảng thời gian điển hình

Khi vẽ năng lượng bề mặt theo logarit thời gian, quá trình phục hồi là một đoạn dốc đứng rồi đến vùng ổn định. Trên polypropylene xử lý corona, khoảng một nửa phần tăng so với mức chưa xử lý có thể biến mất trong 24–72 giờ ở nhiệt độ phòng trước khi đường cong phẳng lại và có thể giữ trong nhiều tuần. Tốc độ phụ thuộc vào độ linh động của mạch: polypropylene (Tg dưới 0 °C), polyethylene và silicone ở trạng thái cao su tại nhiệt độ phòng và định hướng lại tự do; PET (Tg khoảng 70–80 °C), ABS (khoảng 105 °C) và polycarbonate (khoảng 147 °C) ở trạng thái thủy tinh nên quá trình định hướng lại gần như bị đóng băng.

Đo mức suy giảm

Hãy khảo sát quá trình phục hồi bằng cách đo độ thấm ướt trên vật liệu sản xuất, bảo quản theo điều kiện sản xuất, tại các thời điểm 0, 1, 4, 24 và 72 giờ, sau đó là 7, 14 và 28 ngày.

• Dung dịch sức căng thấm ướt theo ASTM D2578 cho giá trị theo khoảng với bước 2 dyne/cm, đủ nhanh cho toàn bộ lịch đo.
• Góc tiếp xúc giọt nằm (ASTM D5946 cho màng xử lý corona, hoặc góc kế với nước và diiodomethane) cho một con số liên tục và, với hai chất lỏng, tách riêng thành phần phân cực, chính là phần bị suy giảm. Bút dyne phát hiện được sự suy giảm nhưng không lập được đường cong.

Hãy đo ba vị trí trên mỗi mẫu vì hiệu quả xử lý thay đổi từ mép vào giữa, và ghi lại cài đặt máy xử lý, lô nhựa, nhiệt độ bảo quản và bao bì cho từng điểm đo. Máy tính năng lượng bề mặt đối chiếu một mức dyne hoặc một cặp góc tiếp xúc với biên độ mà mực hoặc keo dán cần.

Các yếu tố rút ngắn hoặc kéo dài khoảng thời gian hiệu lực

Quy định và kiểm tra khoảng thời gian xử lý

Không thể tắt hiện tượng phục hồi, nên quy trình phải được thiết kế xoay quanh nó: xử lý nối tiếp trên dây chuyền (xử lý phóng điện corona trên màng, plasma khí quyển hoặc plasma ngọn lửa trên chi tiết đúc, vài giây trước khi in hoặc dán), khoảng thời gian từ xử lý đến dán cho xử lý theo mẻ với khoảng tối đa lấy từ đường cong suy giảm, hoặc xử lý lại hàng tồn đã lão hóa; cách này đảo ngược được sự định hướng lại nhưng không đảo ngược được hiện tượng phụ gia tiết ra bề mặt.

Khi đó tiêu chuẩn kỹ thuật cần nêu:

• Năng lượng bề mặt yêu cầu tại nơi sử dụng, ví dụ tối thiểu 42 dyne/cm theo ASTM D2578 hoặc góc tiếp xúc với nước dưới 60°, chứ không phải tại máy xử lý.
• Khoảng tối đa từ xử lý đến dán, không quá một nửa thời gian mà đường cong đo được cắt qua mức yêu cầu.
• Điều kiện bảo quản: dải nhiệt độ, bao bì, không tiếp xúc với polyolefin chưa xử lý, bìa carton sóng hoặc silicone.
• Kiểm tra: một lần đo mỗi ca và trước khi dùng hàng tồn quá 24 giờ.

Bài thời gian hiệu lực của xử lý plasma bề mặt áp dụng nội dung này cho một dây chuyền chi tiết đúc; trang tiền xử lý bề mặt trình bày cách chọn phương pháp.

Khắc phục sự cố

Thuật ngữ và tài liệu liên quan

• Năng lượng bề mặt
• Góc tiếp xúc
• Plasma ngọn lửa Pyrosil
• Plasma khí lạnh
• Lão hóa gia tốc
• Tiền xử lý bề mặt polymer bằng plasma để cải thiện liên kết bám dính

Áp dụng vào sản xuất

The Sabreen Group cung cấp hỗ trợ kỹ thuật độc lập về thẩm định khoảng thời gian tiền xử lý, đo đường cong suy giảm và khắc phục sự cố bám dính. Nếu quý khách đang xây dựng quy trình, phê duyệt vật liệu hoặc xử lý sự cố sản xuất, đội ngũ dịch vụ kỹ thuật của chúng tôi có thể hỗ trợ. Hãy liên hệ với chúng tôi để trao đổi về ứng dụng của quý khách.

Câu hỏi thường gặp

Hiện tượng phục hồi tính kỵ nước diễn ra nhanh đến mức nào sau xử lý plasma hoặc corona?

Nhanh nhất trong những giờ đầu. Trên polypropylene xử lý corona, khoảng một nửa phần tăng so với mức chưa xử lý 29 dyne/cm có thể mất trong 24–72 giờ, sau đó đường cong phẳng lại thành vùng ổn định có thể giữ nhiều tuần. Cao su silicone phục hồi trong vài phút đến vài giờ; PET, polycarbonate và ABS ở trạng thái thủy tinh mất vài tuần đến vài tháng.

Bề mặt có trở về hoàn toàn trạng thái chưa xử lý không?

Thường là không. Sự định hướng lại chôn các nhóm phân cực chứ không loại bỏ chúng, và liên kết ngang do xử lý tạo ra kìm giữ bề mặt, nên hầu hết polymer ổn định ở mức cao hơn giá trị chưa xử lý. Vùng ổn định đó có dùng được hay không còn tùy chất lỏng: 38 dyne/cm trên polypropylene phù hợp với một số loại mực dung môi nhưng không đạt với mực gốc nước cần 42 dyne/cm.

Hàng tồn đã lão hóa có thể xử lý lại đơn giản không?

Nếu cơ chế chủ yếu là định hướng lại thì có: xử lý lại xoay các nhóm phân cực trở ra ngoài và bề mặt hoạt động như hàng mới. Nếu nguyên nhân là phụ gia tiết ra bề mặt, xử lý lại chỉ hoạt hóa lớp phụ gia chứ không phải polymer, và mức dyne lại sụp đổ trong vài giờ. Hãy lau một mẫu bằng dung môi trước khi xử lý lại; nếu chỉ mẫu đó giữ được mức, vấn đề là phụ gia tiết ra.

Nên ghi khoảng thời gian từ xử lý đến dán vào tiêu chuẩn kỹ thuật như thế nào?

Đo đường cong suy giảm trên vật liệu sản xuất trong điều kiện bảo quản sản xuất, tìm điểm đường cong cắt qua mức mà mực hoặc keo dán cần, rồi đặt khoảng tối đa bằng một nửa thời gian đó. Nêu rõ mức tại nơi sử dụng, phương pháp thử (ASTM D2578 hoặc góc tiếp xúc với nước), nhiệt độ bảo quản và bao bì, cùng một lần kiểm tra mỗi ca.

---