Tất tần tật về corona (vật chất plasma)

Nguyên lý hoạt động:
Tất cả các hệ thống xử lý corona có hai thành phần. Các thành phần đầu tiên là nguồn năng
lượng và thành phần thứ hai là các trạm treater. Thiết bị gồm có máy biến thế, điện cực, trục
lăn silicon và những trục lăn tự do tạo ra sự điện hoa bằng cách tạo ra tính hiệu điện áp cao
và tần số cao.
Cơ cấu làm việc của phương pháp này là dựa trên q trình oxy hóa tốc độ cao. Bề mặt cần
xử lý sẽ đi qua khe hở giữa điện cực và trục silicon, nơi tạo ra những trận mưa ion liên tục
gọi là Corona (điện hoa). Các phân tử oxy được tách ra trở về trạng thái nguyên tử và liên kết
với các gốc tự do tạo ra trong mơi trường corona, từ đó kích hoạt những phản ứng hoá học
trên bề mặt đang cần xử lý. Những phản ứng hoá học này làm tăng độ nhạy trong việc kết
dính với các phân tử mực, dung môi...
Xử lý corona
Một thiết bị xử lý corona điển hình bao gồm một hệ thống điện cực nối với điện thế cao và
một lô dẫn hướng màng. Khi điện thế tăng vượt q điện trở của khơng khí với một khoảng
cách 1 – 2 mm, thì sự xả điện liên tục xảy ra. Mục đích là để tạo ra nhiều dịng có một khơng
gian đồng nhất và phân bố nhiệt độ đều và khơng có tia lửa nhiệt. Nhờ các chất điện môi trên
trục lô mà sự xả điện nhỏ phân bố đều.
Các điện cực được bảo vệ trong một hộp tránh bị va chạm. Để làm lạnh và lấy ozone ra trong
suốt q trình xả điện, khơng khí xung quanh thiết bị xả phải được hút ra bằng các quạt hút đi
qua hệ thống điện cực. Nhờ các bộ lọc mà ozone được lấy ra từ các ống xả khí trước khi đi
vào mơi trường.
Hiện tại thì việc xả điện corona đại diện cho sự xả điện plasma khí quyển. Các ảnh hưởng
hóa, lý trên bề mặt rất phức tạp. Kết quả xử lý dễ dàng thiết lập và kiểm soát theo điều kiện
xác định sau đây:
Hệ thống điện cực chuyên dụng.
Các chất điện môi trên lô,
Công suất điện cực.
Trong đó, tốc độ màng, độ rộng màng và loại vật liệu làm thay đổi công suất phát điện phải
được canh chỉnh tự động và kết quả xử lý có thể đạt được.
Chức năng của phương pháp corona có thể được cấu trúc như sau:
- Các electron rời khỏi điện cực và được gia tốc dưới điện thế cao đi qua vật liệu màng.

- Các electron va chạm với các phân tử khí truyền ánh sáng và phản ứng từng phần với
ozon và nitrogen oxide.
- Các electron có nhiều năng lượng khi chúng va chạm với polyethylene nên chúng bẻ gãy
liên kết giữa các carbon – hydro hoặc các liên kết carbon – carbon.
- Phản ứng với khí corona chẳng hạn như khơng khí chiếm chỗ các vịng trịn tự do, theo
hướng oxi hóa là chính.
- Các nhóm chức như Hydroxide, ceton, ether, carbon acid và ester thì có cực và là nền
tảng cho sự bám dính.
Các liên kết phân tử phụ thuộc vào cấu trúc hóa học, vì vậy việc xử lý corona phụ thuộc vào
cấu trúc hóa học của polymer đem xử lý. Các polymer khác nhau cần cường độ xử lý khác
nhau để đạt được năng lượng bề mặt như nhau. Một thực tế rõ ràng là màng BOPP thay đổi
hình thái sau khi sản xuất. Trong vài ngày ở dạng polymer, thì trạng thái hình học của nó sẽ
chuyển sang dạng crystal vì thế nên ảnh hưởng đến việc xử lý corona.
Trong lớp bề mặt được xử lý, liên kết ngang bị giảm so với ban đầu. Các nhóm chức trên mặt
có tính lưu động cao, do đó trong q trình lưu trữ nhiều polymer bị giảm hiệu quả xử lý
corona. Các chất phụ gia di cư từ bên trong ra ngoài và phủ toàn bộ bề mặt gây ra các vấn đề
như: làm giảm năng lượng bề mặt và là giảm độ bám dính. Các ảnh hưởng này cũng có thể
hạn chế đến mức tối thiểu nhưng khơng thể loại bỏ hồn tồn.


Trong thực tế, ảnh hưởng của việc xử lý corona phụ thuộc vào độ ẩm tương đối. Độ ẩm sẽ
khử phân cực, nhưng ảnh hưởng của việc xử lý là nằm trong phạm vi đo được bằng các
phương pháp kiểm tra mực. Xử lý corona trực tuyến trên máy in có thể tránh được các ảnh
hưởng xấu ở trên.
Bề mặt vật liệu xử lý chứa năng lượng bề mặt [mN/m] ngụ ý rằng một năng lượng xác định
(xử lý corona D[W x phút/m2]) được áp dụng. Cơng thức tính là:
s = f(D).
Trong các trường hợp đặc biệt, như màng polyethylene thì cơng thức tính năng lượng được
xác định như sau:
s = k x D.

Trong đó k là hằng số.
Lượng xử lý corona D được xác định theo công thức:
s: năng lượng bề mặt [mN/m].
D: lượng xử lý corona [W x phút/m2].
P: công suất phát điện [W].
CB: Khổ rộng xử lý corona [m].
v: tốc độ màng [m/phút].
Ví dụ sau đây sẽ giải thích cho cơng thức trên:
Một màng dự định in với tốc độ 350 m/phút, khổ rộng 1.600 mm: PET, LDPE, PP copolymer và PP homopolymer. Các màng này đã được xử lý trước trong khi sản xuất, lưu trữ
một thời gian. Trên máy in chúng phải được xử lý đạt năng lượng bề mặt là 45 mN/m. Do
thực tế xử lý corona đòi hỏi lượng xử lý phụ thuộc vào các đặc tính bề mặt (xem bảng).
Cơng suất P được tính như sau:
P = D x CB x v.
Do vật liệu PP homopolymer khó xử lý nhất với 25 W x phút/m2, nên công suất phải là P =
25 x 1,6 x 350 = 14.000 W. Đối với PP co-polymer, LDPE và PET thì cơng suất tương ứng là
7.000W, 4.200W và 2.800W.
Nói chung thiết bị xử lý corona được thiết lập dựa trên vật liệu khó xử lý nhất. Đối với các
vật liệu xử lý cần ít năng lượng thì cơng suất sẽ giảm.
Lượng xử lý corona có thể được xác định bởi việc lấy mẫu trong phạm vi thí nghiệm với
cơng thức tính đã đề cập ở trên. Với các dữ liệu này và các thông số máy in của khách hàng
thì cơng thức tính ở trên cho phép dễ dàng phát triển thiết bị xử lý corona.
Ảnh hưởng của lượng xử lý corona phụ thuộc rất lớn vào sự thiết kế các điện cực. Các loại
điện cực nhiều thanh (multi-blade) hiệu quả cao sẵn có theo hình 1.