Nízkoteplotní plazmová technologie představuje velmi efektivní úpravu, pomocí které jsou povrchové vlastnosti materiálu modifikovány dle požadavku a beze změny vnitřní struktury a objemových vlastností. Přináší do oblasti povrchových úprav inovativní způsob jak např. zjednodušit technologický postup, uspořit čas a tedy snížit náklady. Povrchové úpravy polyolefinů se provádějí převážně z důvodu změny povrchové energie a s ní souvisejících vlastností, jako je např. smáčivost. Monika Pavlatová, SurfaceTreat a.s.
Mezi průmyslové aplikace těchto povrchových úprav patří modifikace fólií či různých plastových dílů např. pro automobilový, strojírenský, elektrotechnický průmysl, ale i pro medicínské účely. Tyto povrchy mají být předupraveny např. před pokovením, potiskem nebo lepením. Uplatnění této technologie bylo přesunuto i do oblasti povrchové úpravy práškových materiálů, kde je třeba se vypořádat nejen s trojrozměrnou geometrií, nutností důkladného promíchávání (kvůli výskytu agregace), ale také se zabezpečením homogenity procesu kvůli velké povrchové ploše, která musí být ošetřena. Unikátem jsou pak zařízení vyvinutá a vyrobená firmou SurfaceTreat v České republice s výrobní kapacitou až dvě tuny PE prášku za den. Tato technologie představuje způsob změny povrchových vlastností materiálů bez použití chemických mokrých metod či jiných agresivních způsobů aktivace povrchu plastů. Plazmová povrchová úprava spočívá v navázání nových funkčních skupin na povrch řetězce polymeru. Podstata plazmových procesů spočívá ve vytváření aktivních částic (ionty, excitované atomy, radikály atd.) průchodem plynu plazmovým výbojem. Tyto částice mohou například vytvářet vrstvy, vyvolávat chemické reakce nebo se jich aktivně účastnit. Výsledným efektem je požadovaná změna povrchové energie projevující se např. zvýšením smáčivosti, schopností disperze materiálu či zvýšením adhezních vlastností polymerů k jiným materiálům. Firma SurfaceTreat vyvinula zařízení, která jsou schopna tento typ povrchové úpravy zajistit. Aparatura umožňuje hydrofilizaci práškových polyolefinů. Sofistikovaný systém míchání společně s celkovým řešením procesu dovoluje zpracování velkých objemů materiálu. Materiál je možné zpracovávat v menším množství ručním plněním v případech transferu procesu z laboratorního zařízení do produkčního a přípravě testovacích vzorků v řádu desítek kilogramů. Pro velkoobjemové zpracování slouží automatický režim s využitím plnicího dopravníku společně s automatickým odvažováním zpracovávané dávky materiálu. Zařízení je ovládáno počítačem pomocí dotykového displeje. Protože se jedná o nízkoteplotní procesy, je tato technologie vhodná zejména pro polymery, kde je při vysokých teplotách zpracování velké riziko degradace materiálu. Zpracovávané materiály a jejich využití Požadavek na tento druh úpravy přichází např. z oblasti aditiv, jako jsou PE vosky, UHMWPE, HDPE, LDPE o velikosti částic např. od 10–150 mikrometrů v závislosti na dané aplikaci. Takto upravené materiály jsou velmi snadno dispergovatelné, nevytvářejí shluky a není třeba používat běžně nutná dispergační činidla při jejich aplikaci. Materiály jsou tedy velmi snadno a rychle zpracovatelné a snižuje se jejich spotřeba. Další výhodou je využití tzv. low-cost materiálů, které touto úpravou získávají velmi vysokou přidanou hodnotu. Nově získané vlastnosti jsou využity při použití plazmově upravených materiálů např. do barev, kde tyto materiály slouží jako plniva pro zvýšení otěruvzdornosti nebo mají matující efekt. Zlepšená smáčivost neupraveného prášku (vlevo) a plazmově upraveného prášku (vpravo) při disperzi ve vodě je patrná z obr. 1. Druhou oblastí aplikace plazmově upravených práškových polymerů je výroba plastů technologií rotačního tváření. Zde se jedná o práškové materiály o velikosti částic cca 500 mikrometrů. Při průmyslové aplikaci nachází modifikovaný materiál uplatnění zejména v oblasti výroby plastových dílů a výrobků, které jsou následně určeny pro lepení, potisk nebo plnění PUR pěnou a jsou takto přímo připraveny pro tyto finální úpravy bez jinak nezbytných předúprav. Adhezních schopností sintrovaných dílů z modifikovaného materiálu tak lze využít k výrobě např. sedadel nebo termoizolačních nádob. Velkým přínosem je pak možnost tvorby jednodušší konstrukce v důsledku zvýšení celkové pevnosti výrobku. Další zpracovatelskou oblastí je povrchová úprava menších plastových součástek nebo i větších dílů pomocí buď nízkotlakého plazmového systému LA 400 pro zpracování různých druhů substrátů, nebo atmosférické trysky. Systém LA 400 (obr. 2) je univerzální a umožňuje zpracování jednak hotových výrobků, jednak práškových materiálů, ale i plošných substrátů (roll to roll systém). Slouží pro vývojové a testovací procesy nebo zpracování menších zakázek. Atmosférická tryska (obr. 3) slouží pro generování plazmatu za atmosférického tlaku. Plazma je generováno pomocí klouzavého obloukového výboje (Gliding arc discharge) a zařízení je určeno primárně pro zařazení do stávajících kontinuálních výrobních linek jako krok předúpravy před lepením, potiskem či lakováním. Po úpravě dochází ke zlepšení smáčivosti/ adheze povrchu, a proto jsou následné úpravy aplikovány velmi snadno, mají lepší přilnavost, a celkově se tedy zvyšuje kvalita finální úpravy. Z hlediska materiálu jsou zpracovávány typy jako je PE, PTFE, TPU, PP, PEEK apod. Pro zjišťování změny povrchového napětí jsou používány testovací fixy a inkousty s přesně definovaným povrchovým napětím. V některých případech je také aplikována metoda měření kontaktního úhlu na přístroji See Scan. Vývojový proces je zaměřen na vyhledání nejvhodnějších parametrů procesu úpravy a dosažení požadovaných hodnot povrchového napětí. Vzorky jsou následně dodány k ověřovacím testům dané aplikace. Příklad úpravy plastového dílu v nízkotlaké plazmové aparatuře – předprava před lepením Každý projekt je komplexně zajištěn od vývoje procesu přes testovací šarže až po sériové zpracování nebo v případě požadavku i dodávku zařízení na míru. Shrneme-li oblasti, kde je možné aplikovat plazmově upravené materiály, pak je to výroba plastových výrobků technologií rotačního tváření, výroba barev, laků či lepidel a další obory, kde může být využito disperzních nebo adhezních vlastností prášků. Druhou oblastí je využití plazmové povrchové úpravy např. před lepením či potiskem pro různé druhy komponent pro strojírenský, elektrotechnický, automobilový průmysl nebo medicínské účely (krytky, kabely, svorky, katétry atd.). V současné době probíhá v naší společnosti velmi intenzivní výzkum využití plazmově modifikovaných materiálů v oblasti adhezivních vrstev, dále pro kompozity, ale i využití plazmové povrchové úpravy dalších produktů chemické výroby nebo potravinářství. Technologie z oblasti plazmových povrchových úprav materiálů je nabízena i do zahraničí prostřednictvím sítě Enterprise Europe Network, jejímž klientem je firma Surface Treat a. s. . Enterprise Europe Network působí ve více než padesáti zemích světa, nabízí možnost uplatnění v rámci mezinárodní spolupráce a na území ČR je v současnosti zastoupena jedenácti partnery. Koordinátorem sítě v České republice je Technologické centrum AV ČR.