เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ | เทคโนโลยีการเตรียมพื้นผิวผลิตภัณฑ์พลาสติก

บทนำ: กระบวนการผลิตของผลิตภัณฑ์พลาสติกโดยหลักแล้วประกอบด้วยกระบวนการสำคัญสี่อย่าง ได้แก่ การขึ้นรูปแม่พิมพ์ การปรับสภาพพื้นผิว การพิมพ์ และการประกอบ การปรับสภาพพื้นผิวเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของสารเคลือบและให้พื้นผิวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีสำหรับการชุบ การปรับสภาพพื้นผิวจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

การเตรียมพื้นผิวของผลิตภัณฑ์พลาสติก
โดยหลักแล้วประกอบด้วยการเคลือบและการชุบ โดยทั่วไป พลาสติกมีระดับความเป็นผลึกสูง มีขั้วต่ำหรือไม่มีขั้ว และมีพลังงานพื้นผิวต่ำ ซึ่งจะส่งผลต่อการยึดเกาะของสารเคลือบ เนื่องจากพลาสติกเป็นฉนวนที่ไม่นำไฟฟ้า จึงไม่สามารถชุบลงบนพื้นผิวพลาสติกโดยตรงตามข้อกำหนดของกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าทั่วไปได้ ดังนั้น ก่อนการปรับสภาพพื้นผิว จึงควรทำการปรับสภาพเบื้องต้นที่จำเป็นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของสารเคลือบและสร้างชั้นล่างที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดีสำหรับการชุบ

การเตรียมพื้นผิวก่อนการเคลือบผิว

ขั้นตอนการเตรียมพื้นผิวประกอบด้วยการขจัดคราบไขมันออกจากพื้นผิวพลาสติก กล่าวคือ การทำความสะอาดน้ำมันและสารกันติดบนพื้นผิว และการกระตุ้นพื้นผิวพลาสติก เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะของสารเคลือบ

1. การขจัดคราบไขมัน
การขจัดคราบไขมันของผลิตภัณฑ์พลาสติกเช่นเดียวกับการขจัดคราบไขมันออกจากผลิตภัณฑ์โลหะ การขจัดคราบไขมันออกจากผลิตภัณฑ์พลาสติกสามารถทำได้โดยการทำความสะอาดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ หรือการขจัดคราบไขมันด้วยสารละลายด่างที่มีสารลดแรงตึงผิว การขจัดคราบไขมันด้วยตัวทำละลายอินทรีย์เหมาะสำหรับการทำความสะอาดพาราฟิน ขี้ผึ้ง ไขมัน และสิ่งสกปรกอินทรีย์อื่นๆ ออกจากพื้นผิวพลาสติก ตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้จะต้องไม่ละลาย ไม่ทำให้พลาสติกบวม หรือแตก และต้องมีจุดเดือดต่ำ ระเหยง่าย ไม่เป็นพิษ และไม่ติดไฟ สารละลายด่างเหมาะสำหรับการขจัดคราบไขมันออกจากพลาสติกที่ทนต่อด่าง สารละลายนี้ประกอบด้วยโซดาไฟ เกลือด่าง และสารลดแรงตึงผิวต่างๆ สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือสารในกลุ่ม OP เช่น อัลคิลฟีนอลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดฟองและไม่ตกค้างบนพื้นผิวพลาสติก

2. การกระตุ้นพื้นผิว
การกระตุ้นนี้มีจุดประสงค์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิวของพลาสติก กล่าวคือ เพื่อสร้างหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้วบนพื้นผิวพลาสติก หรือทำให้พื้นผิวหยาบขึ้น เพื่อให้สารเคลือบสามารถเกาะติดและดูดซับบนพื้นผิวของชิ้นงานได้ง่ายขึ้น มีวิธีการกระตุ้นพื้นผิวหลายวิธี เช่น การออกซิเดชันทางเคมี การออกซิเดชันด้วยเปลวไฟ การกัดด้วยไอตัวทำละลาย และการออกซิเดชันด้วยการปล่อยประจุโคโรนา วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือการออกซิเดชันผลึกทางเคมี ซึ่งมักใช้สารละลายกรดโครมิก และสูตรทั่วไปคือ โพแทสเซียมไดโครเมต 4.5%, น้ำ 8.0% และกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 87.5% (มากกว่า 96%)

ผลิตภัณฑ์พลาสติกบางชนิด เช่น โพลีสไตรีนและพลาสติก ABS สามารถเคลือบได้โดยตรงโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการออกซิเดชันทางเคมี อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้การเคลือบที่มีคุณภาพสูง จึงมีการใช้กระบวนการออกซิเดชันทางเคมีด้วยเช่นกัน ตัวอย่างเช่น หลังจากล้างคราบไขมันแล้ว พลาสติก ABS สามารถกัดกร่อนด้วยสารละลายกรดโครมิกเจือจาง สูตรการบำบัดทั่วไปคือ กรดโครมิก 420 กรัม/ลิตร และกรดซัลฟิวริก 200 มิลลิลิตร/ลิตร (ความหนาแน่นจำเพาะ 1.83) กระบวนการบำบัดทั่วไปคือ 65-70 องศาเซลเซียส/5-10 นาที ล้างด้วยน้ำ และทำให้แห้ง ข้อดีของการกัดกร่อนด้วยสารละลายกรดโครมิกคือ ไม่ว่ารูปทรงของผลิตภัณฑ์พลาสติกจะซับซ้อนแค่ไหน ก็สามารถบำบัดได้อย่างสม่ำเสมอ ข้อเสียคือ การดำเนินการมีความอันตรายและมีปัญหาเรื่องมลพิษ
การเตรียมพื้นผิวก่อนการเคลือบผิว

จุดประสงค์ของการเตรียมพื้นผิวก่อนการเคลือบผิวคือ เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของสารเคลือบกับพื้นผิวพลาสติก และเพื่อสร้างชั้นโลหะนำไฟฟ้าด้านล่างบนพื้นผิวพลาสติก กระบวนการเตรียมพื้นผิวส่วนใหญ่ประกอบด้วย: การทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางกล การล้างคราบไขมันด้วยสารเคมี การทำให้ผิวหยาบด้วยสารเคมี การบำบัดเพื่อเพิ่มความไวต่อปฏิกิริยา การบำบัดเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยา การบำบัดเพื่อลดปฏิกิริยา และการชุบด้วยสารเคมี สามขั้นตอนแรกมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของสารเคลือบ และสี่ขั้นตอนสุดท้ายมีจุดประสงค์เพื่อสร้างชั้นโลหะนำไฟฟ้าด้านล่าง

1. การทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางกลและการทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางเคมี
การทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางกลและการทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางเคมี เป็นการทำให้พื้นผิวพลาสติกหยาบขึ้นโดยใช้วิธีทางกลและวิธีทางเคมีตามลำดับ เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างสารเคลือบกับพื้นผิว โดยทั่วไปเชื่อกันว่าแรงยึดเกาะที่ได้จากการทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางกลนั้นมีเพียงประมาณ 10% ของแรงยึดเกาะที่ได้จากการทำให้ผิวหยาบด้วยวิธีทางเคมี

2. การล้างคราบไขมันด้วยสารเคมี
วิธีการขจัดคราบไขมันเพื่อเตรียมพื้นผิวเคลือบพลาสติกนั้นเหมือนกับวิธีการขจัดคราบไขมันเพื่อเตรียมพื้นผิวเคลือบ

3. การกระตุ้นความไว
กระบวนการทำให้ไวต่อปฏิกิริยา (Sensitization) คือการดูดซับสารที่ออกซิไดซ์ได้ง่าย เช่น ทินไดคลอไรด์ ไทเทเนียมไตรคลอไรด์ เป็นต้น บนพื้นผิวของพลาสติกที่มีความสามารถในการดูดซับระดับหนึ่ง สารที่ออกซิไดซ์ได้ง่ายเหล่านี้จะถูกออกซิไดซ์ในระหว่างกระบวนการกระตุ้น และสารกระตุ้นจะถูกรีดิวซ์เป็นนิวเคลียสผลึกเร่งปฏิกิริยาและคงอยู่บนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ บทบาทของกระบวนการทำให้ไวต่อปฏิกิริยาคือการวางรากฐานสำหรับการชุบโลหะด้วยสารเคมีในขั้นตอนต่อไป

4. การเปิดใช้งาน
การกระตุ้นคือการบำบัดพื้นผิวที่ไวต่อปฏิกิริยาด้วยสารละลายของสารประกอบโลหะที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา สาระสำคัญคือการแช่ผลิตภัณฑ์ที่ดูดซับสารลดปฏิกิริยาไว้ในสารละลายที่มีสารออกซิไดซ์ของเกลือโลหะมีค่า เพื่อให้ไอออนของโลหะมีค่าถูกลดลงโดย S2+n ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารออกซิไดซ์ และโลหะมีค่าที่ถูกลดลงจะตกตะกอนบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ในรูปของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง เมื่อพื้นผิวนี้ถูกแช่ในสารละลายชุบโลหะทางเคมี อนุภาคเหล่านี้จะกลายเป็นศูนย์กลางเร่งปฏิกิริยา ซึ่งช่วยเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาของการชุบโลหะทางเคมี

5. การลดขนาด
ก่อนการชุบด้วยสารเคมี ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการกระตุ้นและล้างด้วยน้ำสะอาดแล้ว จะถูกแช่ในสารละลายรีดิวซ์เอเจนต์ที่มีความเข้มข้นตามที่กำหนด ซึ่งใช้ในการชุบด้วยสารเคมี เพื่อลดและกำจัดสารกระตุ้นที่ไม่ถูกล้างออก กระบวนการนี้เรียกว่าการบำบัดด้วยรีดิวซ์ เมื่อทำการชุบทองแดงด้วยสารเคมี จะใช้สารละลายฟอร์มาลดีไฮด์ในการบำบัดด้วยรีดิวซ์ และเมื่อทำการชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี จะใช้สารละลายโซเดียมไฮโปฟอสไฟต์ในการบำบัดด้วยรีดิวซ์

6. การชุบด้วยสารเคมี
จุดประสงค์ของการชุบด้วยสารเคมีคือการสร้างฟิล์มโลหะนำไฟฟ้าบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์พลาสติก เพื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าบนชั้นโลหะของผลิตภัณฑ์พลาสติก ดังนั้น การชุบด้วยสารเคมีจึงเป็นขั้นตอนสำคัญในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าบนพลาสติก