Nguyên lý bộ xử lý corona

ĐẶC TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU KHÔNG THẤM HÚT VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT TỐI ƯU TRONG IN OFFSET TỜ RỜI

Thực hiện: Toản – Việt – Hảo

Hiệu đính: Dragonfly

Hiện nay, bên cạnh các loại sản phẩm bao bì được làm từ giấy thì các loại sản phẩm bao bì nhựa cụ thể là nhựa nhiệt dẻo cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghệ in, với vô số các lợi ích mà nó đem lại. Các sản phẩm làm từ nhựa giúp bảo vệ tốt sản phẩm bên trong, chịu được nhiệt độ cao, chống nước, tiện lợi ngoài ra nó còn có tính thẩm mỹ cao đặc biệt là đối với dòng bao bì mỹ phẩm và rất nhiều lợi ích khác nữa. Tuy nhiều lợi ích như vậy, nhưng để in ấn được trên những sản phẩm làm từ nhựa như vậy là việc không hề dễ dàng, do nhựa là loại vật liệu có năng lượng bề mặt thấp dẫn đến việc nó không bám dính được, vì vậy mực in khó có thể bám dính được trên bề mặt các loại vật liệu này hoặc nếu có thể in được thì độ bám dính của nó cũng không cao dễ dàng bị bong tróc. Để giải quyết những khó khăn trên thì hàng loạt các giải pháp xử lý bề mặt đã ra đời để giúp tăng năng lượng bề mặt cho vật liệu nhựa, cải thiện tính bám dính và góp phần giúp cho mực in bám dính được tốt trên bề mặt các loại vật liệu này. Mỗi phương pháp xử lý bề mặt nó lại có ưu nhược điểm khác nhau, đồng nghĩa với việc nó sẽ phù hợp với những vật liệu khác nhau. Làm sao để biết được tính chất của từng loại vật liệu và lựa chọn được phương pháp xử lý phù hợp cho nó, để khai thác được tối đa các lợi ích mà phương pháp đó đem lại. Với mong muốn có thể lựa chọn được phương pháp xử lý phù hợp để cho các nhà cung cấp và các công ty in có thể đưa vào áp dụng thực tế. Nhóm nghiên cứu tập trung các nội dung như sau:

  1. Tìm hiểu tính chất bề mặt và cấu tạo của 5 loại vật liệu không thấm hút thông dụng: PE, PET, PP, PVC, PS.
  2. Tìm hiểu, phân tích đánh giá 3 phương pháp xử lý bề mặt phổ biến hiện nay: plasma, corona, primer.
  3. Khảo sát thực tế quy trình sản xuất và xử lý với sản phẩm làm từ vật liệu không thấm hút thực tế ở tại xí nghiệp in.
  4. Tiến hành thực nghiệm với các loại vật liệu không thấm hút đã thu thập được (PE, PET, PP, PVC) và phân tích đánh giá tính thấm hút và khả năng bám dính của mực lên vật liệu cho từng phương pháp xử lý.
  5. Đề xuất ra phương pháp xử lý phù hợp cho các loại vật liệu.

Phần 1: Các phương pháp xử lý bề mặt

   1. Phương pháp Corona

      Kỹ thuật Corona được chấp nhận rộng rãi như một phương pháp xử lý bề mặt nhựa, giấy và kim loại mỏng để cải thiện khả năng bám dính của mực in, sơn và chất tráng phủ. Lý do mà nó đạt hiệu quả tốt là nó có thể được kiểm soát và dễ dàng sử dụng. Ngoài ra, hiệu quả và tính năng của thiết bị cũng từng bước tăng lên, tốc độ tăng trưởng đều và năng suất thiết bị cao.

      Xử lý corona là một công cụ giúp bổ sung các đặc tính bề mặt cho các vật liệu không thấm hút. Sự bổ sung này tạo ra một đặc tính đó là thấm ướt và kết dính mực in, sơn và chất tráng phủ trên nhựa, giấy và kim loại mỏng. Khả năng thấm ướt bề mặt là khả năng mà diện tích tiếp xúc của chất lỏng và chất rắn là cao nhất so với tiêu chuẩn được đưa ra, chẳng hạn như bề mặt nhựa dùng để in. Nước được đổ lên bề mặt vật liệu nếu thấm ướt sẽ trãi ra thành một lớp mỏng trong khi trên bề mặt không thấm ướt thì nước sẽ gom tụ lại thành giọt. Góc tạo ra giữa bề mặt giọt chất lỏng và bề mặt vật liệu rắn (góc tiếp xúc) cho biết khả năng thấm ướt. Khả năng thấm ướt phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc bề mặt, bởi vì góc tiếp xúc giữa chất rắn và chất lỏng được xác định bởi phương trình YOUNG. Năng lượng bề mặt của polymer được tóm tắt như sau:

  • PE : 31 – 33 mN/m.
  • PP : 29 – 30 mN/m.
  • PET: 41 – 42 mN/m.

      Khả năng thấm ướt của bề mặt chất rắn phải cao hơn chất lỏng thấm ướt. Thông thường thì sử dụng mực dung môi như Ethanol (22mN/m) hay Ethyl acetate (24mN/m) để thấm ướt bề mặt nhựa, còn nước (72mN/m) thì không. Khả năng thấm ướt bề mặt của mực in đủ lớn là điều thiết yếu để thẩm thấu, truyền mực và kết dính tốt.

      Khi bề mặt được xử lý thích hợp thì các đặc tính thấm ướt và kết dính của nhựa có thể được nâng cao mà không ảnh hưởng đến số lượng phân tử polymer. Bề mặt được xử lý corona với tần số trung bình trong khoảng 20 – 40 kHz là tốt nhất để xử lý bề mặt cho nhựa, kim loại mỏng và giấy. Các sản phẩm hình trụ (cốc, ly, chén,…) cũng có thể xử lý bằng phương pháp này rất tốt.

      Trong công nghệ in, màng nhựa sử dụng phải được xử lý corona. Tuy nhiên nếu sau khi xử lý lại không sử dụng ngay lập tức thì việc xử lý bề mặt trước đó sẽ không còn tác dụng.

      Trong thực tế nhằm đáp ứng nhu cầu dự trữ trong sản xuất, màng nhựa sẽ được cho thêm các chất phụ gia giúp gia tăng tuổi thọ cho màng, chính các chất phụ gia đó sẽ làm cho bề mặt nhựa bị trơ. Do đó xử lý corona chỉ được thực hiện trước khi in để tăng năng lượng bề mặt và cho khả năng bám dính tốt giữa mực và màng.

      Các hệ thống mực UV yêu cầu năng lượng bề mặt màng cao hơn so với mực dung môi. Mực gốc nước chứa nhiều cồn cũng đòi hỏi năng lượng bề mặt cao hơn để bám dính tốt.

      Trong trường hợp sử dụng mực gốc nước thì năng lượng bề mặt phải nằm trong một phạm vi hẹp. Nguyên nhân là do nước sẽ gây ra vấn đề trong quá trình sấy.

      Điều chỉnh tốt năng lượng bề mặt của vật liệu là cơ sở cho việc bám dính tốt. Các đặc tính về độ dai cơ học giữa màng và mực được xác định:

– Độ nén cơ học phụ thuộc vào đặc tính cơ học của mực và vật liệu.

– Độ thô của vật liệu.

– Năng lượng bề mặt, phân cực, và mức độ phản ứng.

Việc xử lý corona làm tăng đặc tính bám dính của vật liệu bởi các yêu cầu sau:

– Làm sạch bề mặt bằng cách thay thế các nguyên tử và phân tử bám hút.

– Cải thiện khả năng tiếp xúc.

– Tăng năng lượng bề mặt và điều chỉnh sự phân cực.

– Tạo phản ứng giữa các gốc và nhóm chức.

Chức năng của phương pháp corona có thể được cấu trúc như sau:

  • Các electron rời khỏi điện cực và được gia tốc dưới điện thế cao đi qua vật liệu màng.
  • Các electron va chạm với các phân tử trong không khí, truyền ánh sáng và phản ứng từng phần với ozon và nitrogen
  • Các electron có nhiều năng lượng và khi chúng va chạm với bề mặt vât liệu chúng sẽ bẻ gãy liên kết giữa các carbon – hydro hoặc các liên kết carbon – carbon.
  • Phản ứng với khí corona, chẳng hạn như oxi chiếm chỗ các vòng tròn tự do, theo hướng oxi hóa là chính.
  • Các nhóm chức như Hydroxide, ceton, ether, carbon acid và ester thì có phân cực và là nền tảng cho sự bám dính.

      Các liên kết phân tử phụ thuộc vào cấu trúc hóa học, vì vậy việc xử lý corona phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của polymer đem xử lý. Các polymer khác nhau cần cường độ xử lý khác nhau để đạt năng lượng bề mặt như nhau.

      Trong lớp bề mặt được xử lý, liên kết ngang bị giảm so với ban đầu. Các nhóm chức trên bề mặt vật liệu có tính lưu động cao hơn so với các nhóm chức nằm bên trong của vật liệu vì chúng dễ tiếp xúc với các chất bên ngoài hơn, chính vì thế sẽ ảnh hưởng đến khả năng xử lý bề mặt nếu để lâu trong không khí. Cùng với đó các chất phụ gia cũng sẽ tham gia vào quá trình này và gây ra các vấn đề như: làm giảm năng lượng bề mặt và là giảm độ bám dính. Các ảnh hưởng này cũng có thể hạn chế đến mức tối thiểu nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn.

      Công thức tính trong quá trình xử lý Corona: P = D x CB x v

Trong đó:

  • D: lượng corona [W x phút/m2].
  • P: công suất phát điện [W].
  • CB: Khổ rộng xử lý corona [m].
  • v: tốc độ màng [m/phút].

      Theo tờ “JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE” với bài “Surface energy of corona treated PP, PE and PET films, its alteration as function of storage time and the effect of various corona dosages on their bond strength after lamination” (Martina Lindner, Norbert Rodler, Marius Jesdinszki, Markus Schmid, Sven Sangerlaub, 2017) lấy vật liệu PET làm ví dụ thì năng lượng bề mặt sau khi xử lý của PET có thể tăng tối đa lên tới 7 mN/m². Mức năng lượng bề mặt hiện tại chưa xử lý của PET là 44 mN/m. Tức là sau khi xử lý Corona năng lượng bề mặt của PET có thể đạt tới giá trị tối đa là 51 mN/m. Mức năng lượng corona cung cấp để năng lượng bề mặt PET đạt đến giới hạn là 50 Wmin/m².

      Khi đạt tới mức năng lượng corona này thì năng lượng bề mặt của PET không tăng nữa mà có dấu hiệu giảm. Cũng theo bài báo này thì lượng corona (D) khuyến cáo nên sử dụng để xử lý bề mặt cho PET là từ 10 – 13 Wmin/m².

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 16 Năng lượng bề mặt PET ở các mức Corona khác nhau

      Cũng theo nghiên cứu thì năng lượng bề mặt của màng PET sau khi xử lý sẽ giảm theo thời gian. Điều này xảy ra là do sự định hướng lại phân tử theo tự nhiên của bề mặt sau khi bị tác động từ phương pháp Corona.

      Các thành phần này có thể là chất phụ gia, oligomer, polymer bị oxy hóa. Trong hai yếu tố trên thì yếu tố quyết định dẫn đến việc giảm năng lượng bề mặt của PET là  do sự sắp xếp lại trật tự của phân tử, dẫn đến giảm lực phân cực (32% so với mức tối đa). Còn sự di chuyển của các phân tử đến bề mặt chỉ làm suy giảm 7 % so với mức tối đa. Thời gian để năng lượng bề mặt của PET giảm đến giới hạn là khoảng 41 ngày. Một ngày trung bình sẽ giảm từ 0.08 – 0.1 mN/m. Như vậy sau thời gian 41 ngày thì mức năng lượng bề mặt của PET ở khoảng 46.9 – 47.8 mN/m.

Thiết bị xử lý Corona

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 17 Sơ đồ hệ thống xử lý Corona

      Một thiết bị xử lý corona (Hình 1.17) điển hình bao gồm một hệ thống điện cực nối với điện thế cao và một lô dẫn. Khi điện thế tăng vượt quá điện trở của không khí và với một khoảng cách từ 1 – 2 mm, thì sự phóng điện sẽ xảy ra. Mục đích là để tạo ra một dòng năng lượng có một không gian đồng nhất và phân bố nhiệt độ đều.

      Các điện cực được bảo vệ trong một hộp tránh bị va chạm. Để làm lạnh và lấy ozone ra trong suốt quá trình xả điện, không khí xung quanh thiết bị xả phải được hút ra bằng các quạt hút đi qua hệ thống điện cực. Nhờ các bộ lọc mà ozone được lấy ra từ các ống xả khí trước khi đi vào môi trường. Các ảnh hưởng hóa, lý trên bề mặt rất phức tạp. Kết quả xử lý dễ dàng thiết lập và kiểm soát theo điều kiện xác định sau đây:

–  Hệ thống điện cực chuyên dụng.

–  Các chất điện môi trên lô,

–  Công suất điện cực.

      Trong đó, tốc độ màng, độ rộng màng và loại vật liệu làm thay đổi công suất phát điện phải được canh chỉnh tự động và kết quả xử lý có thể đạt được.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 18 Bề mặt vật trước khi xử lý (a) và sau khi xử lý Corona (b)

   2. Phương pháp Plasma

  • Giới thiệu

– Corona là phương pháp xử lý bề mặt được áp dụng nhiều nhất và hầu hết ở các nhà in với sự nổi trội về chi phí rẻ và năng suất cao phù hợp cho sản xuất công nghiệp.

– Đối với một số loại vật liệu phức tạp và có yêu cầu xử lý cao thì Corona không thể xử lý được, do đó Plasma được xem như là một phương pháp thay thế hoàn hảo cho corona mặc dù vẫn còn nhiều mặt hạn chế về năng suất và chi phí nhưng mang lại hiệu quả cao cho sản phẩm.

– Về mặt lý thuyết thì Corona và Plasma gần như giống nhau khi đều sử dụng tia plasma để phá hủy liên kết bề mặt của vật liệu, điểm khác nhau cơ bản là về cách thức tạo ra tia plasma và hiệu quả mà nó mang lại cho sản phẩm.

– Có rất nhiều loại Plasma, nhưng plasma lạnh được sử dụng nhiều nhất cho việc xử lý bề mặt.

– Plasma có hai trạng thái chung: cân bằng và không cân bằng. Trạng thái cân bằng cho biết nhiệt độ của các electron, ion và chất trung hòa gần như bằng nhau và được đốt nóng từ vài nghìn đến hơn mười nghìn độ Kelvin. Do đó, plasma đạt được trạng thái cân bằng được gọi là “plasma nhiệt”. Mặt khác, trạng thái không cân bằng có nghĩa là nhiệt độ của các electron, ion và chất trung hòa khác nhau, cụ thể nhiệt độ của electron sẽ cao hơn các hạt khác. Do đó plasma ở trạng thái không cân bằng được gọi là “plasma lạnh”.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 19 Plasma không nhiệt (plasma lạnh) với nhiệt độ thấp có thể chạm tay vào

  • Nguyên lý hoạt động:

– Plasma là vật chất tồn tại ở dạng ion và electron. Về cơ bản, nó là một chất khí được nhiễm điện với các electron chuyển động tự do ở cả trạng thái âm và dương.

– Trường hợp diễn ra là kết quả của việc cung cấp thêm năng lượng cho một chất khí gây ra sự phá vỡ các electron mang điện tích âm khỏi hạt nhân.

– Ở mức độ sâu hơn, plasma có thể được mô tả như một chất khí đã bị ion hóa một phần. Nó là một hỗn hợp của các nguyên tử trung hòa, ion nguyên tử, electron, ion phân tử và phân tử ở trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản. Do đó, các điện tích (dương và âm) cân bằng lẫn nhau.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 20 Chuyển đổi trạng thái của vật chất sang plasma khi năng lượng tăng

– Các hạt tích điện có trong plasma là nguyên nhân dẫn đến tính dẫn điện cao của nó. Vì plasma bao gồm các điện tử, phân tử hoặc nguyên tử khí trung hòa, các ion dương, tia UV cùng với các phân tử và nguyên tử khí bị kích thích nên nó mang một lượng nội năng tốt. Và khi tất cả các phân tử, ion và nguyên tử này kết hợp với nhau và tương tác với một bề mặt cụ thể, quá trình xử lý plasma được bắt đầu.

– Do đó, bằng cách chọn hỗn hợp khí, áp suất, công suất, v.v., các tác động của việc xử lý plasma trên bất kỳ bề mặt nào cũng có thể được xác định hoặc điều chỉnh chính xác.

– Khác với Corona diễn ra một sự phóng điện với môi trường không khí xung quanh và không được kiểm soát, Plasma cần một buồng khí được kiểm soát để có thể hình thành các liên kết mới trên bề mặt vật liệu từ đó mang lại các hiệu quả tích cực so với Corona.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 21 Sự hình thành các liên kết nhóm chức trên bề mặt vật liệu sau khi xử lý Plasma

– Việc xử lý plasma được diễn ra trong một buồng điện cực và được kiểm soát hoàn toàn. Bằng cách trộn với các khí khác, được gọi là chất pha tạp, các nhóm khác được tạo ra và có thể kiểm soát chính xác số lượng của các nhóm chức mong muốn.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 22 Buồng xử lý Plasma xử dụng khí Nitrogen

      Khi hướng chùm hạt mang năng lượng lớn trong Plasma lên trên bề mặt cần xử lý, các hạt sẽ bắn phá lên bề mặt, bẻ gãy, phá vỡ các thành phần vô cơ, hữu cơ bám trên bề mặt như dầu mỡ; qua đó làm sạch bề mặt ở kích thước tế vi và đồng thời qua quá trình va đập của chùm hạt lên bề mặt vật liệu sẽ làm tăng năng lượng hấp thu bề mặt.

      Quá trình tương tác của các hạt mang năng lượng trong Plasma trên bề mặt diễn ra rất nhanh, đồng thời diễn ra hai quá trình là làm sạch và tăng năng lượng bề mặt. Phương pháp này rút ngắn được nhiều thời gian hơn so các phương pháp xử lý truyền thống như xử lý bằng hóa chất, hay dùng nhiệt (flame).

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 23 Nguyên lý xử lý, làm sạch và tăng năng lượng hấp thu bề mặt của Plasma

Các tính chất của Plasma:

  • Làm sạch (với kích thước micro) trên bề mặt vật liệu với thời gian ngắn
  • Thân thiện với môi trường
  • Cho phép lắng đọng lớp phủ với nhiều tính năng
  • Đáng tin cậy trong việc xử lý bề mặt
  • Loại bỏ các chất oxy hóa trên bề mặt vật liệu
  • Tăng năng lượng bề mặt hiệu quả đặc biệt trên các vật liệu khó xử lý

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 24 Độ hấp thụ bề mặt nhựa PP trước (trái) và sau khi xử lý bằng Plasma (phải)

      Một trong những ưu điểm của Plasma là xử lý được kích thước tế vi và làm thay đổi được tính chất của bề mặt vật liệu. Bằng cách sử dụng các loại hỗn hợp khí khác nhau như O2, H20, NH3, N2,… làm thành phần, Plasma sẽ tương tác và làm thay đổi tính chất hóa học trên bề mặt vật liệu, qua đó giúp quá trình in diễn ra nhanh và bền hơn.

  • Mô hình làm việc của hệ thống xử lý Plasma:

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 25 Nguyên lý làm việc của mô hình

      Hình 1.25 mô tả nguyên lý hoạt động của mô hình xử lý, làm tăng năng lượng bề mặt màng bằng công nghệ Plasma, cấu tạo chính của thiết bị gồm 2 điện cực 1 và 2 được nối vào nguồn điện áp và tần số cao, trong đó điện cực 1 (một thanh inox với kích thước Ø10×150mm) được đặt trong một ống ceramic và điện cực 2 (một trục tròn được làm từ nhôm có kích thước Ø30×210 mm) gắn với hai thành nhựa cách điện. Bộ nguồn được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều 220V, 50Hz qua hệ thống khuếch đại tạo ra giữa hai điện cực điện áp cao và tần số lớn: 5÷20 kV; 5÷40 kHz. Khi cung cấp bởi điện áp cao và tần số lớn như thế thì giữa hai điện cực này sẽ tạo một vùng điện trường lớn và kết quả không khí giữa hai cực sẽ bị ion hóa tạo thành chùm tia Plasma.

  • Thiết bị xử lý:

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 26 Cấu tạo của hệ thống Plasma lạnh

– Dựa theo nguyên tắc cơ bản của corona công nghiệp

– Khí phụ trợ (He – Ar – N2 – (-Air)

– Dải tần số 250Hz – 250KHz

– Điện áp cao 1kV – 40kV

– Năng lượng sử dụng 0.5 – 10W/cm2

– Một vài hệ thống Plasma được sử dụng:

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 27 Hệ thống Plasma quy mô phòng thì nghiệm

Plasma sử dụng cho quy mô phòng thí nghiệm:

+ Sử dụng nguồn riêng biệt có thể tự điều chỉnh

+ Hệ thống kiểm soát dòng khí

+ Màn hình hiển thị với phần mềm đi kèm để tiến hành các thí nghiệm

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 28 Hệ thống xử lý Plasma cuộn bán công nghiệp

Hệ thống xử lý Plasma cuộn phù hợp cho sản xuất công nghiệp với công suất cao:

+ Khổ tối đa: 600mm

+ Tốc độ xử lý 1 – 200mm/phút

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 29 Hệ thống xử lý plasma khe hở

Hệ thống xử lý plasma khe hở với các thông số:

– Chiều rộng khổ xử lý: 40 cm

– Khí sử dụng (N2): 300l/min

– Năng lượng: 1000 – 5000W

   3. Phương pháp tráng phủ Primer

  • Giới thiệu:

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 30 Ứng dụng của primer trong việc in trên màng nhựa (bên trái) và kim loại (bên phải)

– Ngoài các phương pháp xử lý bề mặt như Corona, Plasma thì Primer cũng là một cách tốt để cải thiện khả năng bám dính của mực lên vật liệu nền. Primer là phương pháp in một dạng lớp lót phủ lên bề mặt vật liệu để tăng tính bám dính giữa mực in và vật liệu nền.

– Các lớp lót primer có khả năng in, tráng phủ lên được nhiều loại bề mặt vật liệu khác nhau kể cả các vật liệu không thấm hút như polymer với năng lượng bề mặt thấp hơn thông thường để bám dính tốt.

– Primer trên thị trường hiện nay có độ đa dạng rất cao, ngoài chức năng làm tăng độ bám dính của mực thì cũng có thể sử dụng Primer như một lớp lót trắng (kết hợp thành phần Pigment vào trong Primer) hoặc tạo các hiệu ứng trên bề mặt vật liệu (bóng, mờ, nhám)

Ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm:

+ Ưu điểm:

– Cải thiện khả năng bám dính của mực tốt và áp dụng được trên nhiều loại vật liệu khác nhau

– Giúp tăng chất lượng, màu sắc của in ấn

– Primer đa dạng, ứng dụng được trong in ấn trong việc in lót, tạo hiệu ứng

– Tăng độ bền bám dính của mực so với các phương pháp khác

– Thời gian sử dụng được lâu hơn so với Corona là Plasma

+ Nhược điểm:

– Giá thành của primer khá cao

– Yêu cầu kĩ thuật để lớp primer có được hiệu quả (tráng một lớp rất mỏng theo khuyến cáo của hãng)

Cấu tạo của Primer sử dụng trong in ấn:
  • Primer gốc nước:

+ Chất phân tán polyurethane (PU) trong nước

+ Dung môi hữu cơ, trong đó dung môi hữu cơ nói trên được chọn từ propylen cacbonat (PC), đimetyl-2-metyiglutarate (IRIS) và đimetyl sulfoxit (DMSO) dùng để thay thế các chất NMP (N-metyl-pyrrolidone) hoặc NEP (N-ethyl- pyrrolidone) được biết đến là các chất độc hại gây ung thư (được xếp vào dung môi nguy hiểm gây ung thư vào năm 2015)

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 31 Công thức hóa học của TOU (trái) và DMSO (phải)

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 32 Công thức hóa học của propylen cacbonat (PC) (trái),
đimetyl-2-metyiglutarate (IRIS) (phải)

+ Với việc tìm cách thay thế các hóa chất độc hại NMP và NEP việc sử dụng các hóa chất trên với tỉ lệ phù hợp để đạt được hiệu quả tốt với các loại vật liệu nhựa không thấm hút

Nguyên lý bộ xử lý corona

Bảng 1. 3 Một số thành phần cấu tạo của Primer gốc nước

+ Các chất được thử nghiệm với PVC, PS, ABS, PET và được đánh giá theo các mức độ hiệu quả để so sánh việc thay thế các chất NMP và NEP

+ Mức độ đánh giá:

0 – Không tấn công

1 – Tấn công nhẹ bề mặt

2 – Độ phồng của vật liệu

3 – Tấn công mạnh với sự biến dạng của vật liệu

4 – Hòa tan hoàn toàn

Nguyên lý bộ xử lý corona

Bảng 1. 4 Bảng đánh giá tác dụng lên các vật liệu

(Luis G. PEREZ GARCIA ,Carmen LAGO NUNEZ ,Joel A. PANGAIO DA COSTA ,Nicolas De Calmes năm 2015)

  • Primer gốc UV:

+ Dung môi bay hơi (cơ chế khô):

Đối với Primer UV thì cơ chế khô phụ thuộc vào việc chiếu tia UV và làm diễn ra quá trình Polymer hóa trên bề mặt vật liệu của các Oligomers, Monomers,..

+ Dung môi miễn trừ VOC (Volatile organic compounds) là các dung môi và các chất hữu cơ ở dạng rắn hoặc lỏng có thể bay hơi một cách tự nhiên khi tiếp xúc với áp suất khí quyển tại nhiệt độ thường. Thường dùng để chỉ hỗn hợp các chất hữu cơ độc hại nhưng được Hoa Kỳ miễn trừ trong danh sách độc hại và sử dụng với một nồng độ cho phép.

Sử dụng ít nhất một organosilan (Organosilane là bất cứ dẫn xuất hữu cơ nào của một Silane (Silane là các hợp chất hóa học của silicon và hydrogen) có chứa ít nhất 1 Carbon liên kết với Silicon) theo công thức sau:(AcO)n(R)3-nSi-L-R1 

Trong đó:·

  • n là 1, 2 hoặc 3, tốt nhất là 3
  • AcO là gốc acetoxy
  • R là gốc alkyl, gốc alkoxy hoặc gốc aryloxy·
  • Si là silicon·
  • L là một gốc hydrocacbon mạch thẳng hóa trị hai hoặc một gốc hydrocacbon mạch thẳng (hóa trị hai)·
  • R1 là một nhóm hữu cơ phản ứng

+ Chức năng chính của organosilane là tạo thành một “cầu nối hóa học” mạnh, không thấm nước giữa chất kết dính / chất trám và chất nền. Để hỗ trợ “các đầu” của cầu, các organosilanes được làm từ các hợp chất sinh học có thể phản ứng hóa học với cả chất nền và chất kết dính.

Nguyên lý bộ xử lý corona

Hình 1. 33 Organosilane liên kết lên bề mặt vật liệu thông qua các nhóm hydroxyl

+ Chất xúc tiến kết dính organosilan thường không được áp dụng cho các bề mặt polyme liên kết không có nhóm chức hydroxyl, tuy nhiên organosilanes sẽ liên kết với chất nền polyme khi: Bản thân nhựa cung cấp nhóm chức hydroxy thông qua chuỗi phân tử của nó và chất dẻo được xử lý bề mặt để cung cấp nhóm chức hydroxyl (ví dụ: xử lý corona và plasma)

+ Các chất xúc tiến bám dính khác nhau tùy theo: (Edward M. Petrie trên trang adhesives.specialchem.com)

Nguyên lý bộ xử lý corona

Bảng 1. 5 Bảng tham khảo mức độ phù hợp của orgasilen cho từng loại polymer

Mọi thắc mắc hãy đặt câu hỏi trong phần bình luận. Mời bạn đón đọc phần 2 – Khảo sát quy trình sản xuất tại xí nghiệp và đưa ra các tiêu chí đánh giá cùng dự đoán các phương pháp xử lý bề mặt phù hợp cho từng loại vật liệu.