試験液によって引き起こされる不均一な表面エネルギー結果の制御: UV/O3 処理 PET の場合

May 20, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 6772 (2022) この記事を引用

1528 アクセス

3 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

紫外線/オゾン (UV/O3) 処理は、プラスチック表面の湿潤性、接着または吸着などの特性を変更する効果的な方法であることが報告されています。 表面の変化は、液体とその表面張力 (ST) を使用して表面エネルギー (SE) を推定する接触角分析によって測定されます。 私たちは、科学界で 2 つの異なる慣行を発見しました。(1) 大多数の研究者は文献から液体の ST 値を採用し、(2) 他の研究者は SE 推定の前に周囲条件下で研究室でリアルタイム測定を実施しました。 私たちの知る限り、2 つの実践の違いを比較した研究はありません。 ある研究では、異なる SE 方法が同じ基板に対して不等な SE 値を生成することが判明しました。 しかし、一般的な熱力学の規則に裏付けられた最終的な結論はありませんでした。 この研究では、(1) 文献と実験の ST 値が大きく異なることを示す統計的有意性検定を提示し、(2) UV/O3 処理ポリ (エチレン テレフタレート) の SE 推定に対する異なる液体ペアの影響を研究しました。 （PET）基材。 大気圧プラズマや化学修飾などの修飾技術は、PET の濡れ性と SE を調べるために以前に研究されてきました。 UV/O3 処理は、接着力を向上させ、吸着のための化学的特性を変更するために研究されました。 対照的に、我々は、(3) 異なる時間枠での濡れ性に対する UV/O3 の影響を研究し、(4) 厳密な熱力学的三相システムに基づいて洗練された方法に基づいて不均一な SE を制御する方法に取り組みました。 この方法は、熱力学的に自己矛盾のない SE 値を推定するために、他のタイプの固体表面にも一般化できることに注意してください。 この研究では、(5) データ利用可能性セクションで読者が利用できる計算結果を補完する Web ベースの計算ツールも提供します。

プラスチック基板は、プリントおよびフレキシブルエレクトロニクス、生物医学機器、パッケージングなどの幅広い用途を製造するための主流の材料です1、2、3。 プラスチックの表面特性と分散液の ST の関係は、インク、コーティング、接着剤などの分散液のレベリング、膜形成、接着挙動に重要な役割を果たします。 親水性、形態、濡れ性、粗さなどの表面特性は、分散膜の均質性に影響を与え、ひいては目的の用途の最終特性に影響を与えます4、5。 PET は、その優れた強度と弾性、高融点、引張強さ、優れた耐衝撃性、優れた加工性、および他のプラスチックのオプションに比べて大幅なコスト上の利点により、パッケージング用途だけでなくプリンテッドエレクトロニクスでも実行可能な基板になりました6、7、8。 PET の寸法安定性は、150 °C までの温度での熱安定化プロセスによって強化できます8。 包装に関しては、PET はガラスのような透明性、低臭性、ガス・水透過性を示し、ホットエンボス加工、ラミネート加工、成形、印刷などのプロセスに非常に適しています。 他のプラスチックと比較して PET の最も重要な耐久性は、その化学的不活性性です。 しかし、この特性により PET は濡れ性が悪く、さまざまな産業分野での加工前に表面処理が必要になります 1,7。 接触角法は、表面処理の効果、および重大な影響を与える可能性がある材料の固有または変更された濡れ/脱濡れ挙動を特徴づけます9。 ST および接触角法は SE 値を定量化し、特に分散が悪い場合に役立ちます4。 SE 値は極性成分と分散性成分の合計であり、表面との 2 つの成分の親和性間の液体の濡れ性挙動を示します。 表面処理の効果は、生産環境でダインペンや溶液を使用して測定することもできます。 ただし、このプロセスは主観的なものであり、極性成分と分散成分の値は明らかにされません。 基材の極性成分を増やし、それを監視することは、ポリマーで適切な接着結合を実現するために特に重要です10。