Apdorojant polimerus, pasiekti optimalų sukibimą, spausdinamumą ir drėkinimą ant natūraliai ne{0}}poliarinių plastikinių paviršių, tokių kaip polipropilenas ir polietilenas, išlieka nuolatinis iššūkis. Šios medžiagos, vertinamos dėl savo cheminio atsparumo ir barjerinių savybių, dažnai netinka tais atvejais, kai reikia stiprių sujungimų su rašalu, dangomis ar klijais. Norint užpildyti šią veiklos spragą, paviršiaus modifikavimo technologijos tapo būtinos. Koroninių iškrovų gydymas išsiskiria kaip kertinis pramoninis procesas, garsėjantis efektyvumu, ekonomiškumu-ir nepertraukiamo veikimo galimybėmis.
Koronos iškrovos moksliniai principai
Koronos gydymas iš esmės yra plazminis procesas esant atmosferos slėgiui. Jis veikia generuodamas plazmos išlydį tarp aukštos įtampos elektrodo ir įžeminto volelio, o plastikinė plėvelė arba substratas praeina per tarpą. Taikoma aukšta įtampa (paprastai kHz diapazone) jonizuoja aplinkos orą, sukurdama matomą švytėjimą arba siūlinę iškrovą, kurioje gausu energingų rūšių. Šią „šaltą plazmą“ sudaro laisvųjų elektronų, jonų, metastabilių molekulių ir ultravioletinių (UV) fotonų mišinys, turintis didelę energiją.
Kai ši energinga plazma atsitrenkia į polimero paviršių, beveik vienu metu vyksta kelios pagrindinės fizinės{0}}cheminės reakcijos. Pagrindinis mechanizmas yra paviršiaus bombardavimas didelės-energijos elektronais ir UV spinduliuote, kuri nutraukia stabilias anglies-anglies ir anglies-vandenilio jungtis polimerų grandinėse. Šis jungties nutrūkimas sukuria labai reaktyvius laisvuosius radikalus ant paviršiaus. Vėliau šie polimero{7}laisvieji radikalai greitai reaguoja su oro plazmoje esančiomis deguonies ir azoto rūšimis (tokiomis kaip atominis deguonis, ozonas ir azoto oksidas). Dėl šios reakcijos ant anksčiau inertinio polimero paviršiaus nuolat įsilieja polinės funkcinės grupės -, ypač karbonilo (C=O), karboksilo (COOH) ir hidroksilo (OH) grupės{11}}. Įvedus šias deguonies{13}}turinčias grupes, labai padidėja plastiko paviršiaus energija ir jis iš hidrofobinio paverčiamas hidrofiliniu. Ši padidinta paviršiaus energija yra raktas į geresnį drėkinamumą, kuris yra būtina tvirto sukibimo sąlyga, nes leidžia skysčiams, tokiems kaip rašalas, klijai ir dangos, tolygiai pasiskirstyti ir sudaryti glaudų kontaktą su pagrindu.
Privalumai ir pramoninis pritaikymas
Plačiai paplitęs gydymas nuo koronos visose pramonės šakose siejamas su įtikinamu techninės ir ekonominės naudos deriniu. Svarbiausias jos pranašumas yra galimybė integruoti kaip nenutrūkstamą{1}}linijinį procesą, netrikdant gamybos srauto, o tai labai svarbu gaminant didelės apimties, pvz., plėvelės konvertavimą. Jis veikia esant atmosferos slėgiui, kaip reaktyviąją terpę naudodamas orą, todėl nereikia brangių vakuuminių sistemų, reikalingų kitoms plazminėms technologijoms. Dėl to įranga tampa paprastesnė, tvirtesnė ir žymiai ekonomiškesnė{5}} tiek kapitalo investicijų, tiek veiklos sąnaudų požiūriu.
Dėl šių pranašumų gydymas korona yra tinkamas{0}}poliolefino plėvelių modifikavimo metodas. Puikus pavyzdys yra dviašė polipropileno (BOPP) plėvelė, visur esanti maisto pakuotėse, lipniose juostose ir bendrosios paskirties pakuotėse. Neapdorotas BOPP paviršius turi mažą energiją ir prastą drėkinimą, todėl jis netinkamas spausdinti ar laminuoti. Korona apdorojimas efektyviai suaktyvina jo paviršių, todėl galima kokybiškai spausdinti-grafiką ir patikimai suklijuoti lipniais sluoksniais. Be pakavimo, ši technologija taip pat taikoma modifikuojant biologiškai skaidomus polimerus, tokius kaip polipieno rūgštis (PLA). Tyrimai parodė, kad koronavirusas gali įvesti funkcines deguonies grupes ant PLA paviršių, kurios ne tik pagerina sukibimą, bet ir gali pagreitinti polimero biologinio skilimo greitį.
Apribojimai ir papildomos technologijos
Nepaisant savo dominavimo, koronaviruso gydymas nėra universalus sprendimas ir turi specifinių apribojimų. Sukurtos plazmos tankis yra palyginti mažas, o apdorojimo efektas paprastai yra negilus, prasiskverbiantis tik į atokiausius medžiagos molekulinius sluoksnius (keli nanometrai). To pakanka plėvelėms, bet tampa apribojimu trimačiams objektams, tekstilės gaminiams ar medžiagoms su palaidais pluoštais. Apdorojimo poveikis gali būti nevienodas ant nelygių paviršių, o labai mažų elektrodų tarpų (apie 1 mm) reikalavimas gali būti praktinis apribojimas apdorojant storus arba tekstūruotus pagrindus. Be to, apdorotas paviršius gali „senėti“, kai laikui bėgant poveikis mažėja dėl mažos -molekulinės -masės oksiduotų medžiagų migracijos arba polinių grupių persiorientavimo į masinį polimerą.
Tais atvejais, kai gydymas koronavirusu yra netinkamas, naudojamos alternatyvios ir papildomos technologijos.Liepsnos gydymasyra dar vienas gerai žinomas atmosferos{0}}slėgio metodas. Jis veikia trumpam veikiant plastikinį paviršių dujų liepsna, kuri oksiduoja paviršių per laisvųjų radikalų mechanizmą, panašų į koronos apdorojimą, įtraukiant polines grupes. Apdorojimas liepsna veikia šiek tiek didesnį gylį (4-9 nm) ir dažnai tinka storesnėms medžiagoms, sudėtingoms 3D formoms, pvz., automobilių dalims, arba pūstam- buteliams. Tyrimai parodė, kad jis yra naudingas ir papildo koronarinį išmetimą, o tokie parametrai kaip oro ir dujų santykis bei ekspozicijos laikas yra labai svarbūs optimizavimui. Tiksliausia ir pažangiausia paviršiaus inžinerija,žemo{0}}slėgio plazmos apdorojimassiūlo puikų valdymą. Vakuuminėje kameroje su tiksliai parinktomis proceso dujomis (pvz., deguonimi, argonu) sukuriama tankesnė, tolygesnė plazma, kuri gali sukurti įvairesnes paviršiaus funkcijas ir giliau modifikuoti nepažeidžiant birių medžiagų. Nors jis yra brangesnis ir orientuotas į paketą, jis būtinas aukštųjų-technologijų programoms, pvz., medicinos prietaisams.
Išvada ir ateities perspektyvos
Koroninės iškrovos apdorojimas išlieka gyvybiškai svarbia,{0}}mokslu pagrįsta technologija, kuri dešimtmečius buvo plastiko ir pakuočių pramonės augimo pagrindas. Elegantiškas plazmos fizikos pritaikymas sprendžiant praktines sukibimo problemas yra veiksmingos inžinerijos įrodymas. Iš esmės pakeitus plastiko paviršiaus chemiją įvedant polines funkcines grupes, tai užtikrina našumą, kurio reikalauja šiuolaikinės programos. Nors jis susiduria su tam tikros geometrijos ir medžiagų apribojimais, jo vaidmuo yra saugus dėl neprilygstamo sąnaudų{4}}greičio santykio apdorojant plėvelę. Paviršiaus modifikavimo ateitis slypi ne koronos apdorojimo išstūmime, o protingame jo integravime su kitomis technologijomis, tokiomis kaip liepsna ir žemo slėgio plazma.