Функционализация поверхности атмосферной плазмой

Функционализация поверхности плазмой
Рис. 1
Обработка поверхности атмосферной плазмой
Функционализация поверхности атмосферной плазмой улучшает прочность ее соединения (адгезию) с красками и лаками.

К плазменной обработке восприимчивы металлы, стекло, керамика, пластик, а также натуральные материалы, такие как дерево и текстиль.
Полимеры, с их типично не смачиваемыми поверхностями, также успешно окрашиваются после обработки плазмой.
Желаемый эффект функционализации поверхности достигается за счет ее сверхтонкой очистки от органических загрязнений, модификации поверхностной топографии на микроскопическом уровне и отложения на поверхности функциональных химических групп. В случае металлов, плазма также восстанавливает оксидные слои, обнажая чистую металлическую поверхность.

Функционализация плазмой проводится при атмосферном давлении с использованием в качестве рабочих газов воздуха или типичных индустриальных газов, таких как азот, формирующий газ и кислород. При этом не используются ни вакуумная техника, ни мокрая химия. Это сокращает расходы, улучшает безопасность и экологическую чистоту. Высокие скорости обработки способствуют внедрению во многие промышленные процессы.

Условия для качественной окраски и лакировки

Крепкое соединение разнородных материалов, таких как лаки, краски и различных поверхностей, возможно при выполнении следующих условий:

  • Высокочистая поверхность. Качественная очистка от органических загрязнений. Поверхности, даже после очистки растворителями, могут содержать органику, воду, мономеры, разделительные агенты и масла. Высоко-тонкой очистки трудно достичь с использованием традиционных методов, оставляющих осадки.

  • Без-оксидная поверхность металла. Наилучшее клеевое соединение с металлами достигается когда с металлов удалены оксидные пленки. Но, к сожалению, многие металлы, такие как алюминий, на воздухе быстро окисляются. Соответственно, время между удалением оксидной пленки и склеиванием должно быть уменьшено, часто до миллисекунд.

  • Прочная поверхность. В случае полимеров произведенных формовкой или экструзией, приповерхностный слой состоит из полимерных молекул малой длины и с малым количеством перекрестных межмолекулярных соединений. Такая поверхность механически непрочна. Удаление этого слабого слоя и перекрещивание полимерных молекул улучшает прочность последующей склейки.

  • Смачиваемая поверхность. Для того чтобы клей хорошо смачивал поверхность, поверхностная энергия клея должна быть ниже чем поверхностная энергия самой поверхности. Но у наиболее прочных клеев, лаков и красок поверхностная энергия уже очень высокая. Это вызывает серьезные проблемы при их применении с большинством полимеров, обладающих низкой поверхностной энергией.

  • Химически функциональная поверхность. На молекулярном уровне адгезия между двумя поверхностями происходит либо посредством электрического притяжения полярных молекул этих поверхностей, либо посредством их химического соединения. В первом случае, называемом дисперсионной адгезией, функционализация поверхности достигается отложением на ней слоя полярных молекул. Во втором случае, называемом химической адгезией, функционализация поверхности достигается отложением на ней слоя, обладающего химическим сходством как с молекулами поверхности, так и с молекулами покрытия (краски, лака, клея). Из всех видов адгезии прочность химической адгезии максимальна.

  • Микроскопически шероховатая поверхность. Когда поверхность легко смачивается краской, лаком или клеем, благодаря капиллярному эффекту они эффективно заполняют поры и неровности. Это увеличивает механическую прочность соединения

На видео ниже представлен эффект обработки атмосферной плазмой гидрофобной поверхности с целью улучшения ее смачиваемости.