테스트 액체로 인한 불평등한 표면 에너지 결과 제어: UV/O3 처리된 PET의 경우

May 20, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 6772(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

자외선/오존(UV/O3) 처리는 플라스틱 표면의 습윤성, 접착 또는 흡착과 같은 특성을 수정하는 효과적인 방법으로 보고되었습니다. 표면의 변화는 액체와 표면 장력(ST)을 사용하여 표면 에너지(SE)를 추정하는 접촉각 분석으로 측정됩니다. 우리는 과학계에서 두 가지 다른 관행을 발견했습니다. (1) 대다수의 연구자는 문헌에서 액체의 ST 값을 채택한 반면, (2) 다른 연구자는 SE 추정 전에 주변 조건에서 실험실에서 실시간 측정을 수행했습니다. 우리가 아는 한, 두 관행의 차이점을 비교하는 연구는 없습니다. 한 연구에서는 동일한 기판에 대해 동일하지 않은 SE 값을 생성하는 다양한 SE 방법을 보여주는 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 일반적인 열역학 법칙을 뒷받침하는 확실한 결론은 없었습니다. 이 연구에서 우리는 (1) 문헌과 실험적 ST 값이 크게 다르다는 것을 보여주는 통계적 유의성 테스트를 제시하고 (2) UV/O3 처리된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)에 대한 SE 추정에 대한 서로 다른 액체 쌍의 영향을 연구했습니다. (PET) 기판. PET의 습윤성과 SE를 조사하기 위해 대기압 플라즈마 또는 화학적 변형과 같은 변형 기술이 이전에 연구되었습니다. UV/O3 처리는 접착력을 향상시키고 흡착을 위한 화학적 특성을 변경하기 위해 연구되었습니다. 대조적으로, 우리는 (3) 서로 다른 시간대에서 습윤성에 대한 UV/O3의 영향을 연구하고 (4) 엄격한 열역학적 3상 시스템에서 개선된 방법을 기반으로 불평등 SE를 제어하는 ​​방법을 다루었습니다. 이 방법은 열역학적으로 일관된 SE 값을 추정하기 위해 다른 유형의 고체 표면에 일반화될 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이 작업은 또한 (5) 데이터 가용성 섹션에서 독자가 사용할 수 있는 계산 결과를 보완하는 웹 기반 계산기를 제공합니다.

플라스틱 기판은 인쇄 및 유연한 전자 장치, 생체 의학 장치 및 포장을 포함한 광범위한 응용 분야를 제작하는 주류 재료입니다. 플라스틱의 표면 특성과 분산액의 ST 사이의 관계는 잉크, 코팅 및 접착제와 같은 분산액의 레벨링, 필름 형성 및 접착 거동에 중요한 역할을 합니다. 친수성, 형태, 습윤성 및 거칠기와 같은 표면 특성은 분산 필름의 균질성에 영향을 미치므로 의도한 응용 프로그램의 최종 특성에 영향을 줍니다4,5. PET는 우수한 강도와 탄력성, 높은 융점, 인장 강도, 우수한 내충격성, 탁월한 가공성 및 다른 플라스틱 옵션에 비해 상당한 비용 이점으로 인해 포장 응용 분야뿐만 아니라 인쇄 전자 장치에서도 실행 가능한 기판이 되었습니다6,7,8. PET의 치수 안정성은 최대 150°C8의 온도에서 열 안정화 공정을 통해 향상될 수 있습니다. 포장 측면에서 PET는 유리와 같은 투명성, 낮은 냄새 및 가스-수투과성을 나타내며 핫 엠보싱, 라미네이션, 성형, 인쇄 등의 공정에 매우 적합합니다. 다른 플라스틱과 달리 PET의 가장 중요한 내구성은 화학적 불활성입니다. 그러나 이러한 특성으로 인해 PET는 젖음성이 좋지 않으며 다양한 산업 분야에서 가공하기 전에 표면 처리가 필요합니다1,7. 접촉각 방법은 표면 처리의 효과와 재료의 고유하거나 변경된 습윤/탈습윤 거동을 특징으로 하며 이는 중대한 영향을 미칠 수 있습니다9. ST 및 접촉각 방법은 SE 값을 정량화하며 특히 분산이 불량한 경우에 유용합니다4. SE 값은 극성 성분과 분산 성분의 합이며 표면과의 두 성분 친화력 사이의 액체 습윤성 거동을 보여줍니다. 표면 처리 효과는 생산 환경에서 다인 펜과 용액을 사용하여 측정할 수도 있습니다. 그러나 이 과정은 주관적이며 극성 및 분산 구성 요소의 값을 나타내지 않습니다. 기판의 극성 성분을 증가시키고 이를 모니터링하는 것은 폴리머에서 적절한 접착 결합을 달성하는 데 특히 중요합니다10.