شرکت های تبدیل کننده که با فیلم های پلاستیکی مانند polyethylene یا polypropylene کار می کنند اغلب با مشکل پذیرش ضعیف سطح مواجه می شوند. چه در زمان اتصال لایه ها از طریق لمیناسیون و چه هنگام تلاش برای دستیابی به کیفیت چاپ واضح و یکنواخت، مواد با انرژی سطحی پایین می توانند باعث چسبندگی ضعیف، کیفیت چاپ نامناسب، لایه لایه شدن یا سایر نقص ها در محصول نهایی شوند.
John Kalinowsky / مهندس پروژه در Corotec
Corona treatment به طور گسترده برای غلبه بر این محدودیت ها استفاده می شود. با تغییر ویژگی های سطحی یک ماده، تخلیه کرونا باعث افزایش ترشوندگی، بهبود چسبندگی و ایجاد سطحی مناسب تر برای جوهرها، پوشش ها و چسب ها می شود. کانورترها می توانند این فناوری را در خطوط تولید خود ادغام کنند تا قابلیت اطمینان فرایند و عملکرد محصول بهبود یابد و از مزایای کامل عملیات کرونا در کاربردهای لمیناسیون و چاپ بهره مند شوند.
درک کشش سطحی
کشش سطحی که بر حسب dynes/cm اندازه گیری می شود، نیروی وارد بر واحد طول در سطح یک مایع را اندازه گیری می کند و توانایی یک مایع برای خیس کردن یک سطح جامد را تعیین می کند. انرژی سطحی (mJ/m²) گاهی کشش سطحی جامد نیز نامیده می شود و پتانسیل چسبندگی یک ماده را نشان می دهد.
Wettability یا ترشوندگی یک مایع، توانایی آن برای پخش شدن روی یک سطح جامد است. این ویژگی به تعامل میان مواد مایع و جامد و شرایط محیطی که این تعامل در آن رخ می دهد بستگی دارد. برای اینکه یک مایع ترشوندگی خوبی داشته باشد، کشش سطحی آن باید کمتر از کشش سطحی جامدی باشد که روی آن اعمال می شود.
چندین روش برای ارزیابی کشش سطحی یک ماده وجود دارد:
آزمون زاویه تماس(contact angle) شامل اندازه گیری زاویه بین سطح یک قطره و ماده ای است که قطره روی آن قرار گرفته است. زاویه تماس بیشتر از 90 درجه نشان دهنده خیس شدن ضعیف است، در حالی که زاویه تماس کمتر از 90 درجه نشان دهنده خیس شدن خوب است. این روش داده های دقیق و قابل اندازه گیری ارایه می دهد اما به تجهیزات تخصصی مانند optical goniometer نیاز دارد و زمان برتر و پرکارتر است.
آزمون dyne شامل اعمال جوهرهای آزمون با کشش سطحی مشخص روی ماده با استفاده از dyne pen، قلم مو یا سواب است. اگر جوهر طی دو ثانیه به صورت قطره ای باقی بماند، کشش سطحی جوهر از کشش سطحی ماده بیشتر است. اپراتور این فرایند را با جوهرهایی با سطح dyne بالاتر تکرار می کند تا زمانی که یکی از آن ها به طور یکنواخت روی سطح پخش شود و یک اندازه تقریبی از انرژی سطحی به دست آید. این روش کم هزینه تر و برای محیط های تولیدی عملی تر است، اما نتایج آن می تواند بسته به تکنیک و تفسیر متفاوت باشد و ماده آزمایش شده دیگر قابل استفاده نخواهد بود. با این حال، آزمون dyne روشی سریع و عملی برای ارزیابی یک ماده ارایه می دهد و به ویژه برای مقایسه با معیارهای استاندارد یک ماده مفید است.
نحوه کار عملیات کرونا
فرایند عملیات کرونا زمانی آغاز می شود که هوا در معرض یک تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا قرار می گیرد و اکسیژن یونیزه شده و ازن تشکیل می دهد. ازن پیوندهای مولکولی روی سطح ماده مورد نظر را می شکند و دوباره سازماندهی می کند، انرژی سطحی آن را افزایش می دهد و آن را برای چسب ها، پوشش ها و جوهرها پذیراتر می کند.
عملیات کرونا معمولا می تواند کشش سطحی یک فیلم پلی الفین را حدود 10 سطح dyne افزایش دهد (برای مثال از 32 به 42 dynes/cm)، البته بسته به ماده و پارامترهای فرایند ممکن است بیشتر نیز باشد.
تیمارگرهای کرونا در اندازه ها و پیکربندی های مختلفی عرضه می شوند، از دستگاه های sheet treater گرفته تا roll treater های وب عریض و کم عرض. اندازه، ولتاژ، جنس الکترود و پیکربندی کلی بر اساس ماده مورد نظر مشخص می شود تا بهترین نتیجه حاصل شود. منابع تغذیه از حدود 500وات برای یک وب کم عرض تا 40کیلووات برای یک وب عریض که با سرعت بالا پردازش می شود متغیر هستند. سیستم ها می توانند برای مواد رسانا یا نارسانا و همچنین برای عملیات یک طرفه یا دو طرفه پیکربندی شوند و تقریبا هر نوع چالش در عملیات را پوشش دهند.
مزایا در لمیناسیون و چاپ
عملیات کرونا چندین مزیت ایجاد می کند که به لمیناسیون بهتر، کیفیت چاپ بالاتر و کارایی بیشتر فرایند کمک می کند.
مزیت اصلی افزایش چسبندگی، جلوگیری از لایه لایه شدن (delamination) است و در نتیجه یکپارچگی مواد لمینیت شده در طول چرخه عمر کاربرد حفظ می شود. بهبود ترشوندگی همچنین سازگاری با چسب های پایه حلال و پایه آبی را که قبلا به دلیل انرژی سطحی پایین محدود بودند افزایش می دهد. این امر امکان استفاده از چسب هایی با شفافیت بیشتر، نفوذپذیری گازی بهتر و خواص فیزیکی و شیمیایی پیشرفته تر را فراهم می کند.
به طور مشابه، عملیات کرونا کیفیت چاپ را بهبود می دهد و گزینه های جوهر را گسترش می دهد. این فرایند نقص های رایجی مانند لکه شدن، پوسته شدن و محو شدن را کاهش می دهد و می تواند وضوح چاپ در فرایندهای فلکسو، گراور و چاپ دیجیتال را بهبود دهد. با غلبه بر محدودیت های انرژی سطحی پایین، گزینه های گسترده تر برای جوهرها می توانند نقص ها را کاهش داده و راه حل های سازگارتر با محیط زیست ارایه دهند.
علاوه بر این، بهبود ترشوندگی می تواند نیاز به آستری (primer ) های شیمیایی و سایر پیش تیمارهای سطحی را حذف کند و در نتیجه تولید را ساده تر کرده، زمان فرایند را کاهش داده و هزینه های کلی تولید را پایین بیاورد.
ادغام عملیات کرونا در خط تولید
اگرچه برخی مواد از ابتدا به صورت پیشتیمار شده (pretreated) عرضه می شوند یا توسط تولید کننده تحت تیمار ثانویه یا کرونای مجدد(bump treatment ) قرار می گیرند، اثر عملیات کرونا می تواند با گذشت زمان کاهش یابد. سرعت کاهش اثر بسته به ماده، تولید کننده، شیوه های حمل و نگهداری و شرایط محیطی متفاوت است و می تواند از چند روز تا چند ماه طول بکشد. افزودن یک واحد کرونایِ آنلاین به فرایند چاپ یا لمیناسیون تضمین می کند که انرژی سطحی در همان نقطه ای که چسبندگی یا چاپ انجام می شود ثابت باقی بماند.
یک تیمارگر کرونا معمولا حدود 30 درصد عریض تر از عرض عملیات است و طول آن از ورودی تا خروجی کمتر از نصف این عرض است، بنابراین دستگاهی نسبتا فشرده و نصب آن آسان است. چه در یک خط جدید و چه در یک خط موجود نصب شود، دستگاه باید درست قبل از فرایند اصلی – مانند لمیناسیون، پوشش دهی یا چاپ – قرار گیرد تا بیشترین کارایی حاصل شود. اگرچه اثر عملیات بلافاصله از بین نمی رود، قرار دادن دستگاه نزدیک به ایستگاه کاربرد باعث می شود انرژی سطحی در بیشترین مقدار خود باقی بماند و خطر آلودگی ناشی از گرد و غبار، روغن ها یا عامل لغزندهساز (slip agent) به حداقل برسد.
نیازهای توان با اندازه سیستم افزایش می یابد، اما بسیاری از تیمارگر ها با برق 208/240ولت کار و از یک مبدل برای افزایش ولتاژ جهت ایجاد تخلیه فرکانس بالا استفاده می کنند. سیستم های کوچک تر حتی می توانند با پریزهای استاندارد 120ولت نیز کار کنند. مبدل ها می توانند با دستگاه تیمارگر یکپارچه باشند یا به صورت جداگانه نصب شوند و با منبع تغذیه اتصال داشته باشند.
از آنجا که عملیات کرونا باعث تولید ازن می شود، تهویه مناسب ضروری است. یک راهنمای رایج این است که به ازای هر کیلووات توان، حدود 100 CFM جریان هوا فراهم شود. برای سیستم های بزرگ تر یا در مواردی که مقررات محلی الزامی کند، می توان از واحدهای سیستم تخریب ازن استفاده کرد. این سیستم های کاتالیزوری انتشار ازن را به کمتر از 0.1 ppm کاهش می دهند و به رعایت الزامات ایمنی محیط کار و مقررات انتشار زیست محیطی کمک می کنند.
