Plasmabehandling af plast og emballagematerialer på Teknologisk Institut

Hvad er plasma?
Plasma er en ioniseret gas. Den anvendes meget i industrien. Der findes to typer af plasma, det er termisk og ikke-termisk plasma. Det termiske plasma bruges hovedsageligt som en opvarmningsproces, hvor elektrisk energi let kan indføres. På den anden side kaldes ikke-termisk plasma også for ”koldt plasma”, ”lavtemperatur-plasma” eller ”ikke-ekvilibrium-plasma”. Ved ikke-termisk plasma, er elektrontemperaturen ca. 10.000 K eller mere, mens gastemperaturerne kan være så lave som rumtemperatur. Elektronernes høje temperatur sikrer effektive reaktioner, samtidig med at man undgår beskadigelse af materialernes egenskaber på grund af lav gastemperatur. Dette er specielt brugbart ved behandling af plastmaterialer. Specifikke eksempler på anvendelse inkluderer forbedring af vedhæftning, fugtning, at gøre det nemmere at male på, overfladerengøring, ætsning, iltning og til at gøre overflader ru, samt bibringelse af funktionalitet, fluorering, polymerisering, tyndfilmsyntese og nano-, mikropartikelsyntese.

Hvordan implementeres plasma på Teknologisk Institut?
Plast og Emballage på Teknologisk Institut har udviklet gasbarrierecoating af plast- og papirbaserede emballager ved hjælp af plasmaforbedret kemisk dampaflejring (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD). Derudover har vi muliggjort en speciel plasmaætsningsproces for at forbedre genanvendelse af flerlagsemballagematerialer. I begge tilfælde er plasma genereret ved lavt tryk. Plasmabehandling ved lavt tryk har dog brug for vakuumsystemer, og der findes generelt veludviklede metoder til behandling af små eller mellemstore partier i produktionen. Imidlertid kan plasma også genereres ved atmosfærisk tryk, hvorved vakuumudstyr ikke skal bruges, hvilket muliggør behandling af store emner og kontinuerlig behandling. Det er vist, at en række forskellige overfladebehandlingsmetoder, der udføres i lavtryksplasma, kan opnås ved atmosfærisk tryk. Teknologisk Institut har for nylig anskaffet sig forskellige plasmakilder, der arbejder med atmosfærisk tryk og bygget et nyt plasmalaboratorium til behandling af plast, papir og andre materialer. Typiske eksempler på plasmakilder inkluderer ”gliding arc” (GA) og ”dielectric barrier discharge” (DBD).

En gliding arc – se figur 1, er plasma genereret mellem divergerende elektroder, der forøges og standses ved gastilgang. Den kombinerer en række industrielt attraktive egen-skaber til plasmabaseret overflade-behandling: det er en miljømæssig ren proces, den fungerer godt i luft ved atmosfærisk tryk med lave omkostninger. Den kan behandle større overflader og muliggør hurtig behandling. Eftersom en gliding arc kan forlænges til næsten ti centimeter i åben luft, kan store tredimensionelle emner let behandles.
 
Et DBD genereres mellem elektroder dækket af et lag af elektrisk isolerende materiale, altså et dielektrisk lag ved at anvende en vekselstrømshøjspænding – se figur 2. DBD bruges i vid udstrækning til overflademodifikation. I mange tilfælde er kommercielt tilgængelige ”corona”- behandlingsopsætninger for plastfilm faktisk DBD’er. Blandt flere DBD-opsætninger på Teknologisk Institut kan en luft-til-luft type DBD anvendes til luft-til-luft plasmabehandling af op til 30 cm brede plastfilm og papirruller eller ark.

Behandlingseffektiviteten af plasma ved atmosfærisk tryk kan forøges betydeligt ved samtidig ultralydsbestråling ved høj effekt på behandlingsoverfladen. Ultralydsbestrålingen kan også forhindre at der dannes gliding arcs og forbedre ensartetheden af plasmabehandlingen. Det skal bemærkes, at når ultralyd bestråles, kan plasmabehandlingseffekten bevises med en eksponeringstid på mindre end 0,1 sekund, mens DBD’en uden ultralyd kræver flere sekunder for at opnå det samme behandlingsniveau. De adskiller sig med en faktor på mindst 30. Plast og Emballage har kraftige generatorer af luftbåren ultralyd, der arbejder i frekvensområdet 30-40 kHz med den genererede effekt op til 300 W for at lette plasmabehandling ved atmosfærisk tryk.

Hvordan kan vi hjælpe dig med at bruge plasmabehandling?
En udfordring ved plasmabehandling ved atmosfærisk tryk er designet af et egnet apparat og optimale plasmabetingelser. En række forskellige plasmaenheder er til rådighed på Teknologisk Institut, og vi har solid erfaring i plasmabehandling af materialer, som muliggør hurtige og effektive løsninger på specifikke anvendelsesområder. Specielt kan vi hjælpe vores kunder med følgende:

-    Pålægning af barrierebelægning på film, ark og emballage i åben form (kopper, bakker, skåle osv.)
     og validering af barriereegenskaberne som en del af vores pilot-produktionsydelser
-    Proof-of-concept undersøgelser af overfladebehandling af plast, papir, skum, fibre og andre
     emballagerelaterede materialer
-    Udvikling af kundespecifikke behandlings- og belægningsprocesser til kommerciel anvendelse
-    Design af plasmabehandlingsudstyr til pilotproduktion og masseproduktion af emballagematerialer

Online nyhedsmagasin

Vil du modtage nyheder og artikler om plast og emballage i din indbakke? Tilmeld dig vores online nyhedsmagasin her