Контроль неравных результатов поверхностной энергии, вызванных испытательными жидкостями: случай ПЭТ, обработанного УФ/O3

May 20, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 6772 (2022) Цитировать эту статью

1528 Доступов

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сообщается, что обработка ультрафиолетом/озоном (УФ/O3) является эффективным методом изменения таких свойств, как смачиваемость, адгезия или адсорбция пластиковых поверхностей. Изменение поверхности измеряется с помощью анализа угла контакта, который использует жидкости и их поверхностное натяжение (ST) для оценки поверхностной энергии (SE). Мы обнаружили в научном сообществе две разные практики: (1) большинство исследователей взяли значение ST для жидкостей из литературы, в то время как (2) другие исследователи проводили измерения в реальном времени в лаборатории в условиях окружающей среды перед оценкой SE. Насколько нам известно, не существует исследования, в котором сравнивалась бы разница между двумя практиками. Было обнаружено, что одно исследование показало, что разные методы SE дают неравные значения SE для одного и того же субстрата. Однако окончательного вывода, подкрепленного общими правилами термодинамики, не было. В этом исследовании мы представили (1) тест статистической значимости, который показал, что литературные и экспериментальные значения ST значительно различаются, и изучили (2) влияние различных пар жидкостей на оценку SE для поли(этилентерефталата), обработанного УФ/O3. (ПЭТ) субстрат. Методы модификации, такие как плазма атмосферного давления или химическая модификация, были изучены ранее для изучения смачиваемости ПЭТ и SE. Обработка УФ/O3 изучалась с целью улучшения адгезии и изменения химических свойств для адсорбции. Напротив, мы изучили (3) влияние УФ/O3 на смачиваемость в разные периоды времени и решили (4) как контролировать неодинаковую SE на основе метода, который был усовершенствован на строгой термодинамической трехфазной системе. Следует отметить, что этот метод можно обобщить на другие типы твердых поверхностей для оценки термодинамически самосогласованных значений SE. Эта работа также предоставляет (5) веб-калькулятор, который дополняет результаты вычислений, доступные читателям в разделе доступности данных.

Пластиковые подложки являются основными материалами для изготовления широкого спектра применений, включая печатную и гибкую электронику, биомедицинские устройства и упаковку1,2,3. Взаимосвязь между характеристиками поверхности пластмасс и ST дисперсий играет важную роль в выравнивании, формировании пленки и адгезионном поведении дисперсий, таких как чернила, покрытия и клеи. Характеристики поверхности, такие как гидрофильность, морфология, смачиваемость и шероховатость, влияют на однородность дисперсионных пленок и, следовательно, на конечные свойства предполагаемого применения4,5. ПЭТ стал жизнеспособным субстратом не только для упаковки, но и для печатной электроники благодаря своей превосходной прочности и упругости, высокой температуре плавления, прочности на разрыв, хорошей ударопрочности, превосходной технологичности и значительному экономическому преимуществу по сравнению с другими вариантами пластика6,7,8. Стабильность размеров ПЭТ можно повысить за счет термостабилизации при температуре до 150 °C8. Что касается упаковки, ПЭТ обладает прозрачностью, подобной стеклу, слабым запахом и газо-водопроницаемостью и очень подходит для таких процессов, как горячее тиснение, ламинирование, формование и печать. Самым важным преимуществом ПЭТ по сравнению с другими пластиками является его химическая инертность. Однако из-за этого свойства ПЭТ имеет плохую смачиваемость и требует обработки поверхности перед обработкой в ​​различных областях промышленности1,7. Метод угла смачивания характеризует эффект обработки поверхности, а также присущие или измененные характеристики смачивания/рассыхания материалов, которые могут иметь глубокие последствия9. Метод ST и угла контакта количественно определяет значение SE и полезен, особенно если дисперсия плохая4. Значение SE представляет собой сумму полярных и дисперсионных компонентов и показывает поведение смачиваемости жидкостей между двумя компонентами, сродством к поверхности. Эффект обработки поверхности также можно измерить с помощью динамометров и растворов в производственных условиях; однако процесс субъективен и не выявляет значения полярных и дисперсных составляющих. Увеличение полярного компонента подложек и его мониторинг особенно важны для достижения надлежащего адгезионного соединения в полимерах10.