تكنولوجيا التغليف | تكنولوجيا المعالجة السطحية للمنتجات البلاستيكية

مقدمة: عملية تصنيعالمنتجات البلاستيكيةتتضمن هذه العملية بشكل أساسي أربع مراحل رئيسية: تشكيل القوالب، ومعالجة الأسطح، والطباعة، والتجميع. وتُعدّ معالجة الأسطح جزءًا أساسيًا لا غنى عنه. فمن أجل تحسين قوة تماسك الطلاء وتوفير قاعدة موصلة جيدة للطلاء، تُعدّ عملية المعالجة المسبقة ضرورية.

المعالجة السطحية للمنتجات البلاستيكية
يشمل ذلك بشكل أساسي معالجة الطلاء والطلاء الكهربائي. تتميز المواد البلاستيكية عمومًا بدرجة عالية من التبلور، وقطبية منخفضة أو معدومة، وطاقة سطحية منخفضة، مما يؤثر على التصاق الطلاء. ولأن البلاستيك عازل غير موصل، لا يمكن طلاء سطحه مباشرةً وفقًا لمواصفات عملية الطلاء الكهربائي العامة. لذلك، قبل معالجة السطح، يجب إجراء معالجة مسبقة ضرورية لتحسين قوة التصاق الطلاء وتوفير طبقة سفلية موصلة ذات قوة التصاق جيدة للطلاء.

المعالجة المسبقة للطلاء

تشمل المعالجة المسبقة إزالة الشحوم من سطح البلاستيك، أي تنظيف الزيت وعامل التحرير على السطح، وتنشيط سطح البلاستيك، من أجل تحسين التصاق الطلاء.

1- إزالة الشحوم
إزالة الشحوم منالمنتجات البلاستيكيةعلى غرار إزالة الشحوم من المنتجات المعدنية، يمكن إزالة الشحوم من المنتجات البلاستيكية باستخدام المذيبات العضوية أو المحاليل المائية القلوية التي تحتوي على مواد فعالة سطحية. تُعدّ إزالة الشحوم بالمذيبات العضوية مناسبة لتنظيف البارافين وشمع العسل والدهون وغيرها من الأوساخ العضوية من سطح البلاستيك. يجب ألا يُذيب المذيب العضوي المستخدم البلاستيك أو يُسبّب انتفاخه أو تشققه، كما أنه يتميز بانخفاض درجة غليانه، وكونه متطايرًا وغير سام وغير قابل للاشتعال. أما المحاليل المائية القلوية فهي مناسبة لإزالة الشحوم من أنواع البلاستيك المقاومة للقلويات. يحتوي المحلول على الصودا الكاوية والأملاح القلوية ومواد فعالة سطحية متنوعة. أكثر المواد الفعالة سطحية استخدامًا هي سلسلة OP، أي إيثر بولي أوكسي إيثيلين ألكيل فينول، والتي لا تُشكّل رغوة ولا تبقى على سطح البلاستيك.

2- تنشيط السطح
تهدف هذه العملية إلى تحسين خصائص سطح البلاستيك، أي توليد مجموعات قطبية على سطحه أو زيادة خشونة سطحه لتسهيل ترطيب الطلاء وامتصاصه على سطح قطعة العمل. تتعدد طرق معالجة تنشيط السطح، كالأكسدة الكيميائية، والأكسدة باللهب، والحفر ببخار المذيبات، والأكسدة بالتفريغ الإكليلي. وتُعدّ معالجة الأكسدة الكيميائية البلورية الأكثر شيوعًا، والتي غالبًا ما تستخدم سائل معالجة حمض الكروميك، وتتكون تركيبته النموذجية من 4.5% ثنائي كرومات البوتاسيوم، و8.0% ماء، و87.5% حمض كبريتيك مركز (أكثر من 96%).

يمكن طلاء بعض المنتجات البلاستيكية، مثل البوليسترين وبلاستيك ABS، مباشرةً دون معالجة كيميائية بالأكسدة. وللحصول على طلاء عالي الجودة، تُستخدم المعالجة الكيميائية بالأكسدة أيضًا. على سبيل المثال، بعد إزالة الشحوم، يمكن معالجة بلاستيك ABS بحمض الكروميك المخفف. تتكون تركيبة المعالجة النموذجية من 420 غ/لتر من حمض الكروميك و200 مل/لتر من حمض الكبريتيك (كثافة نوعية 1.83). تتضمن عملية المعالجة النموذجية التسخين عند 65-70 درجة مئوية لمدة 5-10 دقائق، ثم الغسل بالماء، ثم التجفيف. تتميز المعالجة بحمض الكروميك بأنها تُغطي المنتج البلاستيكي بشكل متساوٍ مهما كان شكله معقدًا. أما عيوبها فتتمثل في خطورة العملية وما يترتب عليها من مشاكل تلوث.
المعالجة المسبقة للطلاء

تهدف المعالجة المسبقة للطلاء إلى تحسين التصاق الطلاء بسطح البلاستيك وتكوين طبقة معدنية موصلة أسفل السطح. تشمل عملية المعالجة المسبقة بشكل أساسي: التخشين الميكانيكي، وإزالة الشحوم الكيميائية، والتخشين الكيميائي، والمعالجة التحسيسية، والمعالجة التنشيطية، والمعالجة الاختزالية، والطلاء الكيميائي. تهدف الخطوات الثلاث الأولى إلى تحسين التصاق الطلاء، بينما تهدف الخطوات الأربع الأخيرة إلى تكوين طبقة معدنية موصلة أسفل السطح.

1- التخشين الميكانيكي والتخشين الكيميائي
تهدف المعالجة الميكانيكية والخشنة الكيميائية إلى زيادة خشونة سطح البلاستيك باستخدام الطرق الميكانيكية والكيميائية على التوالي، وذلك لزيادة مساحة التلامس بين الطلاء والركيزة. ويُعتقد عمومًا أن قوة الترابط التي يمكن تحقيقها بالمعالجة الميكانيكية لا تتجاوز 10% من قوة الترابط التي يمكن تحقيقها بالمعالجة الكيميائية.

2- إزالة الشحوم الكيميائية
طريقة إزالة الشحوم للمعالجة المسبقة لطلاء الأسطح البلاستيكية هي نفسها طريقة إزالة الشحوم للمعالجة المسبقة للطلاء.

3- التحسيس
التحسيس هو عملية امتزاز بعض المواد سهلة التأكسد، مثل ثنائي كلوريد القصدير وثلاثي كلوريد التيتانيوم، على سطح البلاستيك ذي قدرة امتزاز معينة. تتأكسد هذه المواد الممتزة سهلة التأكسد أثناء عملية التنشيط، ويتحول المنشط إلى نوى بلورية محفزة ويبقى على سطح المنتج. يتمثل دور التحسيس في تهيئة الأساس لطبقة الطلاء المعدني الكيميائي اللاحقة.

4- التفعيل
تتمثل عملية التنشيط في معالجة السطح المُحسَّس باستخدام محلول من مركبات معدنية نشطة تحفيزيًا. وتتلخص هذه العملية في غمر المنتج الممتز بعامل الاختزال في محلول مائي يحتوي على مؤكسد من ملح معدن نفيس، بحيث تُختزل أيونات المعدن النفيس بواسطة S2+n كمؤكسد، ويترسب المعدن النفيس المختزل على سطح المنتج على شكل جزيئات غروانية ذات نشاط تحفيزي قوي. وعند غمر هذا السطح في محلول طلاء كيميائي، تتحول هذه الجزيئات إلى مراكز تحفيزية، مما يُسرِّع معدل تفاعل الطلاء الكيميائي.

5- علاج التخفيض
قبل الطلاء الكيميائي، تُغمر المنتجات التي تم تنشيطها وغسلها بالماء النظيف في محلول مُختزل مُركّز يُستخدم في الطلاء الكيميائي، وذلك لاختزال المُنشّط غير المغسول وإزالته. تُسمى هذه العملية بالمعالجة الاختزالية. عند طلاء النحاس كيميائيًا، يُستخدم محلول الفورمالديهايد في هذه المعالجة، بينما عند طلاء النيكل كيميائيًا، يُستخدم محلول هيبوفوسفيت الصوديوم.

6- الطلاء الكيميائي
تهدف عملية الطلاء الكيميائي إلى تكوين طبقة معدنية موصلة على سطح المنتجات البلاستيكية، مما يهيئ الظروف اللازمة لطلاء الطبقة المعدنية كهربائياً. لذا، يُعدّ الطلاء الكيميائي خطوة أساسية في عملية الطلاء الكهربائي للبلاستيك.