Plazmov� upraven� pr�kov� materi�ly od firmy SurfaceTreat, a. s.

�asto se jedná o tzv. mokré chemické metody, kde je nejv�tší nevýhodou ekologická závadnost. Další metody jsou zalo�eny nap�íklad na mechanickém zvrásn�ní povrchu (nevýhodou je malá ú�innost) �i na tepelném ovliv�ování povrchu, zde je ovšem nebezpe�í degradace a následného znehodnocení výrobku.

Plazmová technologie

V t�chto oborech se stále více uplat�ují r�zné fyzikální procesy, mezi nimi� zaujímají p�ední místo plazmové technologie. Podstata plazmových proces� spo�ívá ve vytvá�ení aktivních �ástic (ionty, excitované atomy, radikály atd.) pr�chodem plynu plazmovým výbojem. Tyto �ástice mohou nap�íklad vytvá�et vrstvy, vyvolávat chemické reakce nebo se jich aktivn� ú�astnit. Pomocí plazmových výboj� lze také zbavovat povrch r�zných ne�istot, jako jsou tuky, mastné kyseliny, prach nebo i bakterie. Pou�ití plazmových technologií pro modifikaci polyolefin� se v sou�asné dob� standardn� vyu�ívá t�eba pro povrchovou úpravu plastových díl� pro zvýšení jejich smá�ivosti v p�ípad� finálních úprav, jako jsou nap�. lakování �i potisk, nebo pro zvýšení adheze polymer� k jiným materiál�m. Stejn� tak jako u jiných technologií i zde existují ur�itá omezení, nap�. velikost �i geometrie výrobku. Proto je intenzivn� zkoumána mo�nost p�enést zpracování polyolefin� do stadia polotovar�, jako jsou nap�. práškové formy materiálu. Plazmová modifikace práškových materiál� však není dosud z d�vodu vyšší náro�nosti procesu a nutného know-how i p�es intenzivní výzkum v této oblasti komer�n� rozší�ena.

Plazmová modifikace práškových polymer�

Problematika modifikace tepeln� citlivých materiál�, jako jsou práv� polymery, je �ešena pou�itím studených plazmových výboj�. D�le�itým faktorem p�i povrchové modifikaci je kontakt povrchu polymeru s plazmou. A�koliv prášky nacházejí široké uplatn�ní v r�zných pr�myslových oborech, jako je lakování, biotechnologie, plniva do kompozit� apod., plazmová modifikace práškových materiál� nenachází takové uplatn�ní, jako je tomu u plošných a pevných materiál�. Je to p�edevším v souvislosti s trojrozm�rnou geometrií, nutností d�kladného promíchávání (kv�li výskytu agregace) a také kv�li velké povrchové ploše, která musí být ošet�ena.

Za�ízení pro plazmovou povrchovou úpravu práškových materiál�

Firma SurfaceTreat vyvinula pilotní aparaturu ST 650, která umo��uje výrobu hydrofilních práškových polyolefin�. Týdenní produkce p�i jednosm�nném provozu dosahuje a� 1 t, co� je dostate�né mno�ství pro polopr�myslové testy r�zných aplikací i pro zajišt�ní dodávek materiálu pro nabíhající produkci. V rámci programu TIP Ministerstva pr�myslu a obchodu a projektu ev. �. FR-TI1/176 „Pr�myslové vyu�ití plazmových úprav povrchu mikro�ástic“ jsou ve spolupráci s Technickou univerzitou v Liberci provád�ny testy efektu modifikace pro r�zné typy práškových materiál�, zmapování jejich vyu�ití pro pr�myslové aplikace a vývoj prototypu pr�myslového velkokapacitního stroje.

Efekt modifikace

P�i plazmové modifikaci aktivní �ástice pracovního plynu vzniklé ve výboji zp�sobují reakci na povrchu polymeru, kde dochází k navázání nových funk�ních skupin (v našem p�ípad� zejména OH skupin) na jeho �et�zec. Výsledným efektem je po�adovaná zm�na povrchové energie projevující se nap�. zvýšením smá�ivosti, schopností disperze materiálu �i zvýšením adhezních vlastností polymer� k jiným materiál�m. Výsledný efekt v p�ípad� smá�ivosti neupraveného prášku (vpravo) a plazmov� upraveného prášku (vlevo) ve vod� je patrný na obr. 1.

Obr. 1  Porovnání smá�ivosti neupraveného a plazmov� modifikovaného práškového materiálu ve vod�

Metody zjiš�ování efektu modifikace

Pro zjiš�ování smá�ivosti práškového materiálu byla v našem p�ípad� vytvo�ena interní norma podle Washburnovy metody, kdy je m��ena dynamická vzlínavost materiálu benzylalkoholem p�i 25 °C, viz. Obr. 2. Tato metoda je zalo�ena na kapilárním efektu, tak�e hodnota vzlínavosti je m��ena jako p�ír�stek m��icí kapaliny vsáknuté do vzorku v �ase. Po modifikaci dochází k výraznému navýšení smá�ivosti materiálu v�dy v závislosti na jeho typu a stupni modifikace (v ur�itých p�ípadech a� o 100 % i víc).

Dalším zp�sobem zjiš�ování dosa�eného efektu modifikace je m��ení povrchového nap�tí p�ímo na sintrovaném povrchu, a to jak z nemodifikovaného, tak i z upraveného práškového materiálu. Jak je známo, velmi mnoho plast� vykazuje velmi nízké povrchové nap�tí, a proto pot�ebují chemické nebo mechanické ošet�ení k dosa�ení lepší p�ilnavosti. V tomto p�ípad� je sintrovaný povrch ji� p�edupraven, proto�e i b�hem zpracování modifikovaného materiálu, nap�. technologií rota�ního spékání, z�stává efekt modifikace zachován.

Obr. 2 M��ení dynamické vzlínavosti práškového materiálu

Povrchové nap�tí rozhodujícím kritériem

Povrchové nap�tí je jedním z rozhodujících kritérií pro adhezi nap�. tiska�ské barvy, lepidel, lak�, nát�r� atd. na jakémkoli plastovém povrchu. Jako obecný limit pro tyto aplikace je �asto v oblasti m��ení povrchového nap�tí uvád�na hodnota 38 mN.m–1. Pro zjiš�ování povrchového nap�tí na sintrovaném povrchu jsou pou�ívány testovací fixy firmy Arcotest, p�i�em� je pro danou hodnotu povrchového nap�tí ur�en p�íslušný fix. Jedná se o velmi jednoduchou, p�esnou a rychlou metodu. Výsledky mohou být okam�it� vyhodnoceny a vypovídají velmi jasn� o stupni provedené povrchové úpravy. P�esnost m��ení je ±1 mN.m–1. (Arcotest manuál – Test Inks for testing the surface energy.)

Obr. 3. Zjiš�ování povrchového nap�tí na povrchu z plazmov� upraveného materiálu	Obr. 4. Zjiš�ování povrchového nap�tí na povrchu z nemodifikovaného materiálu

Praktický p�íklad pou�ití testovacího fixu Quicktest 38 je patrný z obrázk� 3 a 4. Obr. 3 znázor�uje test provedený na neupraveném povrchu, kde je povrchové nap�tí pod hranicí 38 mN.m–1, a na obr. 4 je patrný výsledek testu na povrchu z modifikovaného materiálu, kde povrchové nap�tí dosahuje hodnot nad touto minimální hranicí. Vzorky po modifikaci vykazují hodnoty vyšší a� o 10 mN.m–1 a více, ne� je limitní hodnota, op�t v závislosti na typu materiálu, stupni modifikace v�dy vzhledem k nemodifikovanému vzorku, viz tab. 1.

Tabulka 1.

Testy pro aplikace v pr�myslu

V sou�asné dob� probíhají testy adheze finální vrstvy na povrchu z modifikovaného materiálu. Na povrch je nanesena vrstva vodou�editelné barvy v tmavém odstínu v dostate�ném pokrytí nást�ikem. Poté je proveden test p�ilnavosti vrstvy m�í�kovou metodou dle normy ISO 2409 a vyhodnocen dle p�ilo�eného etalonu. Vzorky z modifikovaného materiálu vykazují výborné výsledky, p�i�em� hodnocení dle normy odpovídá u povrchu z nemodifikovaného materiálu klasifikaci 5 (viz obr. 5) a u povrchu z modifikovaného materiálu klasifikaci 0 nebo 1 (viz obr. 6).

Obr. 5. Adheze vodou�editelného autolaku na povrchu z nemodifikovaného PE	Obr. 6. Adheze vodou�editelného autolaku na povrchu z plazmov� modifikovaného PE

Dále jsou provád�ny testy adheze PUR p�ny k povrchu z modifikovaného materiálu. P�ípravek je tvo�en vrstvou modifikovaného PE materiálu, PUR p�nou b�n� dostupného typu a op�t vrstvou modifikovaného materiálu, viz obr. 7. P�i pou�ití nemodifikovaného PE materiálu a PUR p�ny dochází k odd�lení jednotlivých vrstev. Adheze mezi modifikovaným PE a PUR p�nou je vyšší ne� koheze PUR p�ny.

Obr. 7.  Vzorky tvo�ené vn�jšími vrstvami z modifikovaného PE materiálu vypln�né PUR p�nou

Vyu�ití získaných nových vlastností v praxi

Jako jeden z p�íklad� vyu�ití plazmov� upravených práškových materiál� m��e poslou�it jejich zpracování pomocí technologie rota�ního tvá�ení plast�. Zde nachází modifikovaný materiál uplatn�ní zejména v oblasti výroby plastových díl� a výrobk�, které jsou následn� ur�eny pro lakování, lepení nebo potisk a jsou takto p�ímo p�ipraveny pro tyto finální úpravy bez jinak nezbytných p�edúprav. Jedním z našich partner� v této oblasti je firma Promens, která pat�í mezi významné plastiká�ské firmy s p�sobností nejen v Evrop�. Zvýšenou adhezní schopnost t�chto prášk� p�i pou�ití stejné technologie zpracování plast� lze také vyu�ít p�i výrob� díl� s vlo�enými sou�ástmi, jako nap�. ventilu, výpusti apod., kde velmi dobrá adheze mezi zálitkem a dílem bude hrát významnou roli. Sou�asn� m��e být velmi zajímavou oblastí tzv. multilayer rotomolding. Nap�. p�i výrob� palivových nádr�í pomocí této technologie p�ichází v úvahu mo�nost vyu�ití modifikovaného prášku jako adhezní vnit�ní vrstvy pro ochranné paronepropustné bariéry.

Adhezních schopností sintrovaných díl� z modifikovaného materiálu lze vyu�ít i v p�ípad� výroby vypl�ovaných díl� PUR p�nami, nap�. pro výrobu sedadel nebo termoizola�ních nádob. V tomto p�ípad� lze vyu�ít i mo�nost jednodušší konstrukce v d�sledku zvýšení celkové pevnosti výrobku.

V sou�asné dob� probíhá také velmi intenzivní výzkum vyu�ití plazmov� modifikovaných materiál� v oblasti plniv pro barvy nebo kompozity a pro nást�ik ochranných �i funk�ních vrstev.