【フレーム表面処理とは】大型三次元形状プラスチック表面の改質・親水化に最適です │ フレーム処理機は、成型品の接着・塗装の前処理を高速で行う装置です。

2016/07/12

火炎を用いたフレーム表面処理について説明します。

目次

・フレームとは

・コロナやプラズマと何が違うのか？

・フレームもプラズマ？

・フレーム処理の原理

・親水性が向上する理由

・フレーム処理のメリットとデメリット

・フレーム処理の目的

・効果を決定するパラメータ

・フレーム処理機の構成

・様々な種類のバーナー

・最後に

フレーム処理とは。

フレーム処理とはコロナ処理やプラズマ処理と同じ、樹脂や金属の表面活性に用いられる処理方法のひとつです。
フレーム処理機もプラズマ処理機も、接着力・親水性・密着力の向上を目的としている装置ですが、フレームの炎の中にもプラズマが存在しており、フレーム処理機は「フレームプラズマ」と呼ばれることもあります。

コロナやプラズマと何がどう違うのか？

気体をプラズマ化させて対象物を親水化させる目的は同じですが、異なるのはそこへ至るプロセスです。
フレーム処理は、熱と温度によって空気中の酸素をプラズマ化させますが、プラズマ処理は、電気と高周波によって使用するガスをプラズマ化させています。
違いは.jpg

フレームもプラズマ？

フレーム処理の炎の中はプラズマ状態です。
高温によって分解された酸素がプラズマ状態で存在しています。
（1000度以上でプラズマが生成されるといわれています）
フレームもプラズマ.jpg

フレーム処理の原理

燃焼ガスと空気の混合ガスを燃やすことで、空気中の酸素をプラズマ化させます。
酸素プラズマを処理対象物に付与することで、表面の親水化を図るものです。

燃焼により酸素分子が解離し、酸素原子が励起して酸素イオンや自由電子を含むプラズマが発生します。

↓

発生したプラズマの電子・イオン・ラジカルが基材表面に接触します。

↓

基材表面の分子とプラズマ中のイオン・電子が反応し、親水性官能基が生成されます。

↓

表面活性化が行われ、ぬれ性が向上します。フレーム処理の原理.jpg

親水性が向上する理由

官能基の付与

○ポリプロピレン・ポリエチレンなど特にオレフィン系の合成樹脂は表面に極性基が無く、接着剤やインクなどに対して親和性がありません。

○イオンや電子が樹脂表面の分子の化学結合を切断し、樹脂の種類に応じて、親水性の官能基OH(水酸基）・CO（カルボニル基）・COOH（カルボキシル基）等が生成されます。

処理後のPP表面の官能基量の変化

フレーム処理のメリットとデメリット

メリット
　　・高速プロセスへの対応：他の処理機と比べて早い速度で処理ができるため生産性に優れる処理方法です。
　　・三次元製品への処理　：長い火炎が製品の凹凸をなぞることなくカバーできます。
デメリット
　　・熱による影響　　　　：熱による影響を避けるため低速での処理や耐熱性が低い製品へは
　　　　　　　　　　　　　　熱変形の危険があるため注意が必要です。
　　・火炎に対する付帯設備：裸火を使用するため安全対策を施さなければならない場合があります。

フレーム処理の目的

フレーム処理等の表面処理装置は、プラスチックや金属の表面状態を改善することで、下記に挙げるプロセスを容易にします。

•インクジェットやグラビア印刷などの密着性向上

•樹脂成型品への塗装前処理

•フィルムや紙などへのコーティング前処理

•フィルムと紙のラミネート前処理

•接着剤塗布前処理

効果を決定するパラメータ

フレーム処理機の濡れ性は様々なパラメータによって左右されます。
　　・処理速度：遅すぎると基材を傷めてしまい、早すぎると十分な濡れ性を出すことができません。
　　　　　　　（一般的に２０～６０m/min）
　　・距離　　：バーナーから離れれば離れるほど炎が不安定化し、しっかりと改質することができません。
　　　　　　　（一般的に100ｍｍ程度まで）
　　・混合比率：ガスと空気の比率は一般的に1：25（プロパン）といわれています。
　　　　　　　　極端にガス濃度が濃すぎたり薄すぎると濡れ性に影響します。
　　・出力　　：送り出す空気の量＝火力はバーナーによって適切な数値は異なりますが、
　　　　　　　　弱すぎると濡れ性が向上しません。

濡れ性パラメータ.jpg