Atmosferik plazma uygulamasının kâğıt ve plastik filmlerin yüzey, geçirgenlik ve basılabilirlik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Basım Teknolojileri Anabilim Dalı, Türkiye
Tez Danışmanı: Cem Aydemir
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Endüstride malzemelerin özelliklerini geliştiren yüzey işlemlerine olan talep her geçen gün artmaktadır. Basım endüstrisinde plastik film vb. baskı altı malzeme yüzeylerini değiştirmek ve geliştirmek için korona ve alev işlemi gibi çeşitli yüzey işleme teknikleri kullanılmaktadır. Kaplama, baskı ve vernikleme endüstrileri gibi birçok alanda kullanılan bu yüzey işlemleri mürekkebe, yapıştırıcıya ve baskı malzemelerinin yüzey özelliklerine bağlı olarak adezyon, yapışma ve basılabilirlik gibi özellikler için yetersiz kalabilmektedir ve daha güçlü yüzey işlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Plazma yüzey işlemi ise tekstil ve deri gibi farklı endüstrilerde yüzey modifikasyonu için kullanılmakla birlikte basım endüstrisinde henüz baskı malzemelerine olan etkisi iyi bilinmediği için yaygınlaşmamıştır. Bu çalışmada geleneksel yüzey uygulamalarından farklı olan plazma yüzey işleme tekniğinin kâğıt ve plastik film gibi baskı malzemelerin ıslanabilirliğine, sıvı adezyonuna, basılabilirliğine ve yapıştırılabilirliğine olan etkisi araştırılmıştır. Bu doğrultuda farklı plazma yüzey işleme teknikleri incelenerek kâğıt ve plastikler için uygun olan atmosferik basınçlı plazma yüzey işleme tekniği ile argon gazı kullanımı tercih edilmiştir. Atmosferik plazma işlemi, vakum ortamı gerektirmeden normal basınç altında gerçekleşir. Bu yüzey işlemini yüksek hızlı üretim hatları için verimli hale getirir.
Argon gazlı atmosferik basınç plazma yüzey işlemi kâğıt yüzeylerine, ham plastik film yüzeylerine ve koronalı plastik film yüzeylerine uygulanmıştır. Ayrıca atmosferik basınç plazma yüzey işlem süresi değişken olarak seçilmiş, işlem süresi değişiklerine bağlı olarak kâğıtların ve plastik filmlerin yüzey, basılabilirlik ve geçirgenlik özelliklerindeki değişiklikler araştırılmıştır.
Temas açısı, yüzey işleminin etkinliğini yansıtan önemli bir parametredir. Plazma işlemi yapılan yüzeylerin ıslanabilirlik ve adezyona etkisini tespit etmek amacıyla kâğıt ve plastik film yüzeylerinde sıvı temas açısı ölçümleri yapılarak yüzey enerjileri hesaplanmıştır. Plazma yüzey işlemi kâğıt/karton ve plastik film yüzeylerinin sıvı temas açısını azaltıp yüzey enerjilerini artırmıştır. Bu sonuçlar plazma işleminin malzemelerin ıslanabilirliğini ve mürekkep adezyonunu arttırdığı anlamı taşımaktadır. Bununla birlikte plazma gücü ve plazma süresinin de kâğıt ve plastik filmlerin yüzey enerjisinin artışında etkili olduğu tespit edilmiştir.
Plazma yüzey işlemi kâğıt, karton ve plastik yüzeylerin temas açısını azaltıp yüzey enerjisini artırarak tutkalın yüzeylere yapışmasını arttırmıştır. Karton ambalaj (kutu) yapıştırma makinesinde karton yüzeyinin tutkal ile temasından önce yapıştırma yapılacak kısma (yapıştırma kulağına) plazma uygulaması yapılmasıyla kartonun kuşe malzemesi ile kaplı yüzeyinin enerjisi artmış, daha az tutkal ile daha güçlü bir yapıştırma olanağı sağlanmıştır. Aynı zamanda kullanımı günden güne artmakta olan plastik ve metalize film lamineli karton yüzeylerin yüzey enerjisini artırmıştır. Tüm bu sonuçlar; plazma yüzey işleminin, düşük yüzey enerjisine sahip kimyasal olarak inert ve gözeneksiz yüzeylerdeki yapışma sorunlarının üstesinden gelmenin etkili bir yolu olduğunu göstermektedir.
Çalışmada; plazma yüzey işleminin kâğıtların sıvı emiciliğine etkisini tespit etmek amacıyla temas açısı ölçümüne ilave olarak sıvı hacim değişimi ölçümleri yapılmıştır. Plazma yüzey işleminin kâğıtların hidrofilik özelliğini arttırdığı sonucuna varılmıştır.
Kâğıt ve plastik filmlerin plazma uygulaması sonrası yüzey topografyası ve morfolojisindeki değişimleri belirlemek amacıyla ATR-FTIR analizleri, AFM ve SEM görüntülemeleri yapılmıştır. Plazma uygulamasının malzemelerin basılabilirliğine etkisini belirlemek için plazma uygulanmış yüzeylere dijital baskı makinasında kontrol skalaları ile baskılar yapılarak renk CIE L*a*b* ve renk farklılığı (ΔE) değerleri kolorimetrik olarak ölçümlenmiştir. Plazma uygulanmış film yüzeyleri, ham plastik film ve korona uygulanmış yüzeyler ile kıyaslandığında plazma işleminin renk üretimi elde etme konusunda herhangi bir kısıtlamaya sebebiyet vermediği tespit edilmiştir.
Yüzey işlemlerinin iyileştirme etkisinin yanında malzemelerin deformasyonuna etkisini araştırmak amacıyla korona uygulanmış, plazma uygulanmış ve korona+plazma uygulanmış plastik film yüzeylerinin oksijen ve su buharı geçirgenliği de analiz edilmiştir. Plazma yüzey işleminin korona yüzey işlemine göre plastik filmlerin geçirgenliğini daha az etkilediği tespit edilmiştir. Bu durum geçirimsizlik aranan ambalaj uygulamalarında göz önünde bulundurulmalıdır.