【狮山峰会专栏】浅谈等离子处理

导读：上周我和大家已经交流了电晕处理和静电处理，今天我想和大家交流下等离子处理。

这是测量材料表面张力的达因笔和达因水，市场使用非常普遍。

我们已经知道电晕处理是一种最常用的常规大气压力等离子处理。

 

等离子处理是专指可控气体和改良气体的等离子处理，而不是指我们常用的电晕处理、喷气等离子处理和低气压等离子处理（如真空等离子）。
我们先认识下等离子
PLASMA等离子是一种由原子或分子被电离所产生的气体，即负电子从正离子那里分离出来。等离子在放电过程中形成。

等离子为什么这么特殊？相对其他表面处理为什么这么特别？
这首先是等离子环境下，材料从平衡相对走向不平衡。
平衡：在一个常温的混合气体下，所有的成分都是一样的温度。一般情况下，世界上几乎所有的东西都是接近平衡的。
不平衡：在等离子环境下 自由电子、离子和中性的原子，可以有非常不同的温度。例如原子100摄氏度，电子可高达1000摄氏度。
在等离子环境下的电子能够非常有效的进行化学反应，同时气体的温度可以保持很低。
所以相对普通电晕处理和臭氧处理及其他底涂等处理技术，等离子处理是一种从液态到气态，从微米到纳米，从强力到高效的处理的技术。
我们所做的电晕处理、臭氧处理和等离子处理的目的是基本相同的，即增加表面能量和表面张力，从而增加表面粘力：如印墨和油漆，粘合剂，金属喷涂粉、涂层等等，在塑料、造纸、金属和纺织行业都有使用。
但等离子处理不同的是，它是靠气体和基材表面化学处理提高表面能量，能够真正提高或降低材料之间的粘力。
大家一定碰到过这样的投诉：薄膜的表面张力已经很高，如PET达到58～60达因，但和胶水、油墨的附着力却不好！所以高表面张力不意味着必定的高表面附着力。
预涂膜的基材就是我们最常用的BOPP膜，有人做过实验，通过火焰处理后表面张力达到60达因以上，不经过底涂处理,直径淋EVA，剥离强力无法达到要求。
正常情况下，聚合物的表面张力是比较低的， 因为材料中C和H的负电性非常接近， C为2.5,H为2.2， 通过注入不同负电性原子的方式（例如氧O，3.5）,可以增加表面张力， 是一种高处理强度的表面处理方式。

这张图是常用薄膜材料未电晕处理前的表面张力图，这是普通和等离子环境下的分子群形态。

这是一张电晕处理设备的基本结构图。等离子处理和这相似，只是对注入气体进行特殊控制和改良，设备相对密封，处理强度更大。

这是一张未经处理的BOPP薄膜

这是一张经过等离子处理的薄膜
大家看到表面形状已经发生改变，最直观的就是表面像新涂布了一层材料，这就是等离子处理的神奇之处。
所以等离子和电晕处理最基本区别是：等离子基于气体和材料之间的化学反应，形成新的分子群，而电晕处理主要靠离子冲击粗化及快速臭氧氧化，形成高极性群，主要还是物理处理。

这张图是材料未经等离子处理的水角度图。

这是经过等离子处理后的水角度图。材料是目前常用薄膜中最难处理的BOPP，
大家做CPP的都知道，在线电晕打得再高，下线后马上检测，达因值最多到45～46，
在水角度测量仪下，最多实现45～50度。
但大家看上面这张图，水角度达到20～25度！
水角度越小，材料表面张力越大！所以经过等离子处理后，常用的CPP、BOPP可以达到惊人的60达因以上！并且可以常期保持不衰减， 所以等离子处理要忘记表面张力，忘记达因值，它提高的是表面粘力！等离子处理形象的说就是一种纳米级的涂布技术。

以最常用的可控等离子为例，一般是加入纯氮进行处理，
等离子处理相对电晕处理来说，缺点是设备成本高，能耗大，使用成本高。一台同规格的等离子设备购买成本是普通电晕的三到四倍。能耗高二到三倍。关键使用成本高，以最常用的纯氮气来算，如果二百米车速，两米幅宽，大约0.1元／平米。因为等离子处理既可增加也可降低表面粘力，所以都是用在高附加值薄膜加工。例如特殊电子胶粘带和保护膜、离型膜加工。
大家知道德莎、艾利、3M公司吧！这些企业在特殊涂布时大量使用了等离子处理设备。在卫生用品行业也有使用，如高速卫星式柔印，印刷流延膜的机速可以达到600～900米／分钟，极大提高了生产效率。但等离子处理也能节省很多费用，例如替代传统底涂，节省胶水溶剂，节省烘箱设备和电力损耗等。

等离子处理也用在特殊的标签印刷行业
例如卷绕标签
刚才提到可控气体等离子处理，主要是纯氮为主，纯度达到六级以上，比一般的医用纯氮还高。液氮经过气化转换后，通过专门的流量控制装置加入等离子工作站。这也是为何等离子处理比一般电晕购买和使用成本贵很多的原因。

现在讲下改良气体的等离子处理，即惰性气体中电晕处理。
改良气体的等离子设备会将调配好的惰性气体加入电极室。改良气体等离子处理是在惰性气体环境中，通过密封容器内惰性气体流动或各种气体喷入的处理工艺。使用的气体如氮气、二氧化碳、氦气和氩气等惰性气体控制大气环境或注入。主要注入的气体有氧、氮、丁酮、氢和乙炔及甲烷等。每一种气体将在不同程度上改变材料的表面性能。
惰性气体等离子处理的优点：
低功率输出就能得到很高的表面张力，实现处理的长时间使用性。例如出口订单，材料高表面张力可以保持数月以上。按照设定不会出现背面处理，是火焰处理的真正挑战者。在惰性气体中的操作模式和电晕一样方便，相对可控气体等离子，设备投入较低，但运行成本高，因为要消耗惰性气体，可控气体等离子相对惰性气体等离子运行成本低，因为只消耗单一氮气，成效更高，是一种挑战液态底涂的表面处理技术。

这是挤出行业常用的臭氧处理。
臭氧产生的原理也是高频高压放电，不同的是直接将高浓度臭氧直接喷向热熔的薄膜和片材，瞬间氧化，在材料表面形成高极性群，从而提高表面张力。

大型的电晕和等离子设备制造商都有试验线和实验室，同时有强大化学专家团队。对于特殊的材料和应用，可以测试开发不同的气体配方。