Contrôler les résultats d'énergie de surface inégaux causés par les liquides de test : le cas du PET traité aux UV/O3

May 20, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 6772 (2022) Citer cet article

1528 Accès

3 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Le traitement aux ultraviolets/ozone (UV/O3) s’est révélé être une méthode efficace pour modifier des propriétés telles que la mouillabilité, l’adhésion ou l’adsorption des surfaces plastiques. Le changement de surface est mesuré par analyse de l'angle de contact, qui utilise des liquides et leurs tensions superficielles (ST) pour estimer l'énergie de surface (SE). Nous avons constaté deux pratiques différentes dans la communauté scientifique : (1) la majorité des chercheurs ont adopté la valeur ST des liquides tirée de la littérature, tandis que (2) d'autres chercheurs ont effectué des mesures en temps réel en laboratoire dans des conditions ambiantes avant l'estimation SE. À notre connaissance, il n’existe aucune étude comparant la différence entre les deux pratiques. Une étude a montré différentes méthodes SE générant des valeurs SE inégales pour le même substrat. Cependant, il n’existe aucune conclusion définitive étayée par les règles générales de la thermodynamique. Dans cette étude, nous avons présenté (1) un test de signification statistique qui a montré que les valeurs ST de la littérature et expérimentales sont significativement différentes, et étudié (2) l'effet de différentes paires de liquides sur l'estimation SE pour le poly(téréphtalate d'éthylène) traité aux UV/O3. (PET). Des techniques de modification telles que le plasma à pression atmosphérique ou la modification chimique ont été étudiées précédemment pour examiner la mouillabilité du PET et le SE. Le traitement UV/O3 a été étudié pour améliorer l'adhésion et modifier ses propriétés chimiques pour l'adsorption. En revanche, nous avons étudié (3) l’effet des UV/O3 sur la mouillabilité à différentes périodes et abordé (4) la manière de contrôler les SE inégales sur la base d’une méthode affinée sur un système triphasé thermodynamique rigoureux. Il convient de noter que cette méthode peut être généralisée à d’autres types de surfaces solides pour estimer des valeurs SE thermodynamiquement auto-cohérentes. Ce travail fournit également (5) un calculateur basé sur le Web qui complète les résultats informatiques disponibles pour le lectorat dans la section sur la disponibilité des données.

Les substrats en plastique sont des matériaux courants pour fabriquer un large éventail d'applications, notamment des produits électroniques imprimés et flexibles, des dispositifs biomédicaux et des emballages1,2,3. La relation entre les caractéristiques de surface des plastiques et le ST des dispersions joue un rôle important dans l'étalement, la formation de film et le comportement d'adhésion des dispersions telles que les encres, les revêtements et les adhésifs. Les caractéristiques de surface, telles que l'hydrophilie, la morphologie, la mouillabilité et la rugosité, affectent l'homogénéité des films de dispersion et donc les propriétés finales des applications envisagées4,5. Le PET est devenu un substrat viable non seulement pour les applications d'emballage, mais également pour les produits électroniques imprimés en raison de sa résistance et de sa résilience supérieures, de ses points de fusion élevés, de sa résistance à la traction, de sa bonne résistance aux chocs, de sa transformabilité exceptionnelle et de son avantage considérable en termes de coût par rapport aux autres options plastiques6,7,8. La stabilité dimensionnelle du PET peut être améliorée par un processus de stabilisation thermique à des températures allant jusqu'à 150 °C8. En termes d'emballage, le PET présente une transparence semblable à celle du verre, une faible odeur et une perméabilité aux gaz et à l'eau et convient parfaitement aux processus tels que le gaufrage à chaud, le laminage, le moulage et l'impression. La durabilité la plus importante du PET par rapport aux autres plastiques est son inertie chimique. Cependant, cette propriété confère au PET une faible mouillabilité et nécessite un traitement de surface avant son traitement dans divers domaines industriels1,7. La méthode de l’angle de contact caractérise l’effet du traitement de surface et le comportement de mouillage/démouillage inhérent ou modifié des matériaux, qui peuvent avoir un effet profond9. La méthode ST et l'angle de contact quantifient la valeur SE et sont utiles, surtout si la dispersion est mauvaise4. La valeur SE est la somme des composants polaires et dispersifs et montre le comportement de mouillabilité des liquides entre l'affinité des deux composants avec une surface. L'effet du traitement de surface peut également être mesuré à l'aide de stylos et de solutions Dyne dans l'environnement de production ; cependant, le processus est subjectif et ne révèle pas les valeurs des composantes polaires et dispersées. L’augmentation et la surveillance de la composante polaire des substrats sont particulièrement importantes pour obtenir une bonne liaison adhésive dans les polymères10.