5. Phương pháp nghiên cứu
1.1.4.3. Xử lý bề mặt bằng phương pháp corona
Các loại màng có độ phân cực thấp nên thường rất khó bám dính mực in. Để có thể
cho mực in bám được trên bề mặt vật liệu thì cần phải xử lý bề mặt vật liệu. Phương
pháp xử lý bằng Corona là phương pháp đầu tiên được nhắc đến trong các phương
pháp xử lý bề mặt.
Nguyên tắc xử lý Corona
Chức năng của phương pháp corona có thểđược cấu trúc như sau:
- Các electron rời khỏi điện cực và được gia tốc dưới điện thếcao đi qua vật liệu màng.
- Các electron va chạm với các phân tử khí truyền ánh sáng và phản ứng từng phần với ozon và nitrogen oxide.
- Các electron có nhiều năng lượng khi chúng va chạm với polyethylene nên chúng bẻ gãy liên kết giữa các carbon – hydro hoặc các liên kết carbon – carbon.
28 - Phản ứng với khí corona chẳng hạn như không khí 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 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 xửlý khác nhau đểđạt được năng lượng bề mặt như nhau. Một thực tế rõ ràng là màng BOPP thay đổi hình thái sau khi sản xuất. Trong vài ngày ở dạng polymer, thì trạng thái hình học của nó sẽ chuyển sang dạng crystal vì thế nên ảnh hưởng đến việc xử lý corona.
Trong lớp bề mặt được xử lý, liên kết ngang bị giảm so với ban đầu. Các nhóm chức trên mặt có tính lưu động cao, do đó trong quá trình lưu trữ nhiều polymer bị
giảm hiệu quả xử lý corona. Các chất phụgia di cư từ bên trong ra ngoài và phủ toàn bộ bề mặt gây ra các vấn đềnhư: làm giảm năng lượng bề mặt và là giảm độ bám dính. Các ảnh hưởng này cũng có thể hạn chếđến mức tối thiểu nhưng không thể loại bỏ
hoàn toàn.
Trong thực tế, ảnh hưởng của việc xử lý corona phụ thuộc vào độẩm tương đối. Độ ẩm sẽ khử phân cực, nhưng ảnh hưởng của việc xử lý là nằm trong phạm vi đo được bằng các phương pháp kiểm tra mực. Xử lý corona trực tuyến trên máy in có thể tránh
được các ảnh hưởng xấu ở trên.
Công thức tính trong quá trình xử lý Corona: P = D x CB x v
Trong đó:
- D: lượng xử lý corona [W x phút/m2]. - P: công suất phát điện [W].
- CB: Khổ rộng xử lý corona [m]. - v: tốc độ màng [m/phút].
29 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)
thì năng lượng bề mặt sau khi xử lý của PET có thểtăng 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 thểđạt tới giá trị tối đa là 51 mN/m. Mức năng lượng corona cung cấp đểnăng 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 mức corona khuyến cáo nên sử dụng
để xử lý bề mặt cho PET là từ 10 – 13 Wmin/m².
Hình 1.11: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 corona sẽ
giảm theo thời gian. Điều này xảy ra là do sựđịnh hướng lại phân tử theo tự nhiên của bề mặt và sự di chuyển mức thấp các thành phần khối lượng của phân tửđến bề mặt. 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
30 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 tửđến bề mặt chỉ làm suy giảm 7 % so với mức tối đa.
Thời gian đểnăng 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
Hình 1.12:Sơ đồ hệ thống xử lý Corona
Một thiết bị xử lý corona (Hình 1.12) điển hình bao gồm một hệ thống điện cực nối với điện thế cao và một lô dẫn hướng màng. Khi điện thếtăng vượt quá điện trở của không khí với một khoảng cách 1 – 2 mm, thì sự xảđiện liên tục xảy ra. Mục đích là để
tạo ra nhiều dòng có một không gian đồng nhất và phân bố nhiệt độđều và không có tia lửa nhiệt. Nhờ các chất điện môi trên trục lô mà sự xảđiện nhỏ phân bốđều.
Các điện cực được bảo vệ trong một hộp tránh bị va chạm. Để làm lạnh và lấy ozone ra trong suốt quá trình xảđiện, 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
31
Hình 1.13: Bề mặt vật trước khi xử lý (a) và sau khi xử lý Corona (b)