KR20010101137A - Hollow cathode array for plasma generation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방전 플라즈마의 생성에서 사용되기 위한 음극 조립체에 대한 것이다. 음극은 어레이에서 다수의 도전성 중공 플라즈마 생성 셀을 포함한다. 생성된 플라즈마는 막, 섬유, 입자 빛 다른 제품과 같은 기층의 표면을 구성하는데 사용될 수 있다.The present invention is directed to a cathode assembly for use in the generation of a discharge plasma. The cathode comprises a plurality of conductive hollow plasma generating cells in an array. The resulting plasma can be used to construct the surface of a substrate such as a film, fiber, particle light or other product.
Description
물리적 또는 화학적 변화를 통해 새로운 표면 특성을 부여하기 위하여 중합체와 같은 다양한 기층의 처리는 막 산업을 포함한 많은 산업에 있어서 중요하다. 습식 방법은 이러한 처리에 대해 성공적으로 사용되어 왔으나, 이러한 습식 방법은 용매의 페기물 처리와 같은 문제와 연관되어 있다. 코로나 처리, UV 처리, 레이저 처리, X선 처리 및 감마선 처리와 같은 건식 방법들도 상당히 성공적으로 이용되어 왔다. 코로나 처리는 수십년 동안 산업적으로 이용되어 왔으나, 일반적으로 웨브 구조와 같은 간단한 표면 형상에 제한된다. 뿐만 아니라, 일부 재료에서 있어서 코로나 처리의 효과는 시간이 경과함에 따라 점차 사라진다. 또한, 어떤 작용기로 처리되는 기층의 표면을 마감할 것인가를 거의 제어할 수 없으며, 전극과 기층 사이의 거리가 가깝기 때문에 바람직하지 못한 핀홀(pin-holes)과 번 스팟들(burn spots)을 형성할 수 있다. UV, X선, 감마선 및 레이저 처리는 포인트 소스(pointsource)이므로 넓은 면적을 처리하는 데에는 용이하지 않다. 뿐만 아니라, 이러한 처리는 일부분을 덜 처리되도록 하거나 심지어 조준선의 그늘에 의하여 차단되는 결과를 가져올 수 있는 강도 변화나 차광 효과(shading effects)의 영향을 받기 쉽다.Treatment of various substrates, such as polymers, is important for many industries, including the membrane industry, to impart new surface properties through physical or chemical changes. Wet methods have been used successfully for such treatments, but these wet methods are associated with problems such as waste disposal of solvents. Dry methods such as corona treatment, UV treatment, laser treatment, X-ray treatment and gamma ray treatment have also been used quite successfully. Corona treatments have been used industrially for decades, but are generally limited to simple surface shapes such as web structures. In addition, in some materials the effect of corona treatment gradually disappears over time. In addition, there is little control over which functional group the substrate surface is to be treated with, and because the distance between the electrode and the substrate is close, it may form undesirable pin-holes and burn spots. Can be. UV, X-ray, gamma-ray, and laser treatments are point sources and are not easy to handle large areas. In addition, such treatments are susceptible to changes in intensity or shading effects that can result in less processing of parts or even blockage by the shade of the line of sight.
향상된 표면 특성 및 기체 차단 특성을 부여하기 위해서 형상화되거나 주형된 강성 중합체 용기를 처리하는 것은 식음료 산업에 있어서 중요하다. 다양한 조성물로 그러한 용기들을 코팅하여 용기들의 기체 차단 특성들을 개선하기 위한 여러가지 응용 방법들이 제안되어 왔다. 그러나, 그러한 용기들이 산소와 이산화탄소같은 기체들의 전달을 보다 잘 저지할 수 있도록 용기들의 기체 차단 특성을 더욱 증가시킬 필요가 있다.It is important for the food and beverage industry to process shaped or molded rigid polymer containers to impart improved surface and gas barrier properties. Various applications have been proposed for coating such containers with various compositions to improve the gas barrier properties of the containers. However, there is a need to further increase the gas barrier properties of the containers so that such containers can better inhibit the delivery of gases such as oxygen and carbon dioxide.
플라즈마 기술은 50년이상 실험실에서 사용되어 왔지만, 단지 최근에 주로 반도체 산업에 의해 주도되어 상업적 규모로 이용되어 왔다. 중합체의 플라즈마 처리에 있어서, 플라즈마내에 생성된 활동성 입자들 및 광자들은 대개 자유 라디칼화학 작용에 의하여 중합체 표면과 강하게 상호작용한다.Plasma technology has been used in laboratories for over 50 years, but only recently has been used primarily on the commercial scale, mainly driven by the semiconductor industry. In the plasma treatment of the polymer, the active particles and photons generated in the plasma interact strongly with the polymer surface, usually by free radical chemistry.
다른 처리 공정과 비교할 때 플라즈마 표면 처리의 주된 이점은 유해한 부산물이 없다는 것이다. 처리되어야 하는 유독하고 위험한 액체나 기체는 대체적으로 없다. 대체적으로, 플라즈마 처리에 대한 주된 공정 부산물은 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기이고, 이들 중 어느 것도 양에 있어서 유독한 정도로 존재하지 않는다. 이론적으로, 종래의 장치와 공정을 사용하여 플라즈마는 모든 가능한 형상의 물체에 대하여 정도의 차이는 있으나 성공적으로 적용될 수 있다. 그러한 물체는직물(webs), 막, 복잡한 형상의 대형 고체물 그리고 분말과 같이 다량의 작은 분리 부품을 포함한다.The main advantage of plasma surface treatment compared to other treatment processes is that there are no harmful by-products. There are generally no toxic and dangerous liquids or gases to be treated. In general, the main process by-products for plasma treatment are carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor, none of which are toxic in quantity. In theory, using conventional apparatus and processes, plasma can be successfully applied with varying degrees to all possible shaped objects. Such objects include large quantities of small discrete parts such as webs, membranes, large solids of complex shape and powder.
산업적인 규모로 플라즈마 공정을 이용하는데 있어서의 주된 장애는 경제적으로 만족할 만한 생산 능률을 달성하는 것이다. 플라즈마 공정의 유용성은 용이하게 알 수 있으나 산출량이 너무 적어서 단지 공정으로부터 상당히 증진된 가치를 얻는 제품에 대하여만 경제적 타당성이 있다. 제한적 요소는 낮은 플라즈마 밀도와 플라즈마 제한(confinement)의 결여를 포함한다. 높은 생산성을 가진 플라즈마 변형 혹은 중합 반응 시스템은 산업적 규모로 플라즈마 기술을 이용함에 있어서 빠르게 성장할 것이다.The main obstacle to using a plasma process on an industrial scale is to achieve an economically satisfactory production efficiency. The usefulness of the plasma process is readily apparent, but only economically viable for products that yield so low that they yield significant value from the process. Constraining factors include low plasma density and lack of plasma confinement. Highly productive plasma transformation or polymerization reaction systems will grow rapidly using plasma technology on an industrial scale.
플라즈마 중합 반응과 플라즈마 변형을 위하여 플라즈마를 생성하는데 이용되는 대부분의 장비들은 두 가지 기본적 형식의 전극 구성, 즉 내부의 평행한 평판 전극들과 외부의 전극들 구성의 변형물들이다. 이들 두 공정의 유용성은 최소한의 체류 시간이 달성될 수 있는 높은 플라즈마 밀도를 유지하면서 넓은 면적을 취급하기 위하여 그들 전극을 특정 비율로 늘릴 수 있는 용이성에 있어서는 제한적이다. 현존의 직류 중공 음극 플라즈마 반응기는 내부의 평행한 평판과 외부의 전극들보다 더 높은 정도의 플라즈마 제한과 더 높은 플라즈마 밀도를 제공한다. 그러나, 대형 중공 음극 반응기는 본질적으로 확대하기가 어렵기 때문에 넓은 면적을 취급하는 데 이용될 수 없다. 예를 들면, 60 인치(152.4 cm) 폭의 기층과 같은 넓은 면적 처리를 수용하는데 필요한 대형 중공 음극 반응기로 바람직한 플라즈마 밀도를 달성하기 위해서는, 극도로 높은 전압이 필요하다.Most of the equipment used to generate the plasma for the plasma polymerization reaction and the plasma deformation is a variation of two basic types of electrode configurations: internal parallel plate electrodes and external electrodes configuration. The usefulness of these two processes is limited in terms of the ease with which they can be stretched in certain proportions to handle large areas while maintaining a high plasma density where minimal residence time can be achieved. Existing direct current hollow cathode plasma reactors provide a higher degree of plasma limitation and higher plasma density than internal parallel plates and external electrodes. However, large hollow cathode reactors cannot be used to handle large areas because they are inherently difficult to scale up. For example, to achieve the desired plasma density with large hollow cathode reactors required to accommodate large area treatments, such as 60 inch (152.4 cm) wide substrates, extremely high voltages are required.
유럽 특허 제634 778호는 금속 박판 상의 "압연 기름"의 제거와 표면 에칭을 위한 플라즈마를 생성시키는 중공 음극 어레이를 기술하고 있다. 그 중공 음극 어레이 시스템은 하우징의 한쪽 벽을 따라 균일하게 이격된 복수의 개구를 가진 하우징을 포함한다. 그 중공 음극 플라즈마는 기본적으로 하우징에서 생성되고 개구를 통하여 운반된다. 그러한 개구들의 어레이는 분배기로써 기능하지만, 플라즈마 강도와 균일성은 강화되지 않는다. 각각의 개구는 직경이 약 1/16 인치(0.15 cm)이다. 유럽 특허 제634 778호의 시스템에서 사용된 압력은 0.1 내지 5.0 torrs 범위내이고, 전력 입력은 0.5내지 3.0 KW 범위 내이다.EP 634 778 describes a hollow cathode array that generates a plasma for the removal of "rolled oil" on metal sheets and for surface etching. The hollow cathode array system includes a housing having a plurality of openings uniformly spaced along one wall of the housing. The hollow cathode plasma is basically produced in the housing and carried through the opening. Such an array of openings functions as a distributor, but the plasma intensity and uniformity are not enhanced. Each opening is about 1/16 inch (0.15 cm) in diameter. The pressure used in the system of EP 634 778 is in the range of 0.1 to 5.0 torrs, and the power input is in the range of 0.5 to 3.0 KW.
미국 특허 제5,686,789호는 초소형의 형광등에서 사용하기 위한 마이크로 중공 어레이의 음극을 가진 방전 장치를 기술하고 있다. 이 특허는 넓은 면적 처리를 위해서는 실행할 수 없는 전자의 평균 자유 경로 규모의 치수를 가진 장치를 포함한다. 전자는 마이크로 중공부 내부에서 진동 운동을 하여, 증가된 전류 능력을 가져오는 마이크로 중공 방전을 하게한다. 미국 특허 제5,686,789호의 시스템은 사용에 있어서 0.1 내지 200 torrs의 압력을 사용한다. 이 특허는 반응성 플라즈마, 플라즈마 중합 반응, 즉 재료의 표면 변형을 언급하지 않고 있다.U. S. Patent No. 5,686, 789 describes a discharge device having a cathode of a micro hollow array for use in a compact fluorescent lamp. This patent includes devices with dimensions of average free path magnitude of electrons that cannot be implemented for large area processing. The former makes vibratory motion inside the micro hollow, causing micro hollow discharge resulting in increased current capability. The system of US Pat. No. 5,686,789 uses a pressure of 0.1 to 200 torrs in use. This patent does not mention reactive plasma, plasma polymerization reactions, ie surface modification of materials.
"균일한 넓은 면적의 얇은 막 피착을 위한 중공 음극 방전 스퍼터링 장치"라는 제목의 논문(J.Vac.Sol.Technol.A9(4),Jul/Aug1991,p.2374)에서 에이치. 코흐 (H. Koch)등은 종래의 방전보다 높은 스퍼터된 입자들의 밀도를 산출하는 중공 음극 방전 장치를 기술하고 있다. 거기에 기술된 중공 음극 플라즈마 스퍼터링 공정에서, 예를 들어 구리와 같은 스퍼터되는 대상은 음극으로 사용된다. 이 공정은주로 운동량 전달이 일어나는 물리적 공정이다. 이 논문은 기층 표면상에 얇은 층을 피착시키시 위한 플라즈마 중합 반응을 행하거나, 표면 변형을 위한 활성 플라즈마를 생성하는 데 있어서 중공 음극 방전 장치를 사용하는 것에 대하여 언급하지 않고 있다.H. in a paper entitled J.Vac.Sol.Technol.A9 (4), Jul / Aug1991, p.2374 entitled “Hollow Cathode Discharge Sputtering Device for Uniform Large Area Thin Film Deposition”. Koch et al. Describe a hollow cathode discharge device that yields a higher density of sputtered particles than conventional discharges. In the hollow cathode plasma sputtering process described therein, for example, a sputtered object such as copper is used as the cathode. This process is primarily a physical process in which momentum transfer occurs. This paper does not mention the use of a hollow cathode discharge device to perform a plasma polymerization reaction for depositing a thin layer on a substrate surface or to generate an active plasma for surface modification.
다른 것 중에서도 (1) 용제를 사용하지 않고 그리고/또는 유해한 부산물이 없으며 (2) 주어진 제품의 임의의 표면 구조, 임의의 크기, 그리고/또는 화학 작용에 대하여 적합한 처리에 유연성이 있으며 (3) 균일 처리를 제공하고 (4) 높은 처리량과 높은 효율이 가능하고 (5) 배치(batch) 또는 연속 공정에서 사용될 수 있고 (6) 저압 또는 다른 바람직한 조건들 아래에서 작동될 수 있는 표면 처리를 위한 대한 공정에 필요는 계속되고 있다.Among other things: (1) free of solvents and / or no harmful by-products, (2) flexible in processing suitable for any surface structure, any size, and / or chemical action of a given product, and (3) uniform Process for surface treatment to provide treatment (4) high throughput and high efficiency (5) can be used in batch or continuous processes and (6) can be operated under low pressure or other desirable conditions The need to go on.
본 발명은 방전 플라즈마의 생성에 사용하기 위한 중공 음극 어레이에 관한 것이다. 생성된 플라즈마는 막, 섬유, 입자 그리고 다른 제품과 같은 기층의 표면 특성을 변화시키기기 위해 사용될 수 있다.The present invention relates to a hollow cathode array for use in the generation of discharge plasma. The resulting plasma can be used to change the surface properties of substrates such as films, fibers, particles and other products.
도1은 일반적으로 정방형 단면 형상을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.1 is a schematic diagram of one embodiment of a negative electrode assembly of the present invention showing a cell having a generally square cross-sectional shape.
도2는 일반적으로 원형 단면 형상을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing a cell having a generally circular cross-sectional shape.
도3은 일반적으로 사각형 단면 형상을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.3 is a schematic diagram of one embodiment of a cathode assembly of the present invention showing a cell having a generally rectangular cross-sectional shape.
도4는 일반적으로 삼각형 단면 형상을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극조립체의 한 실시예의 개략도이다.4 is a schematic diagram of one embodiment of a negative electrode assembly of the present invention showing a cell having a generally triangular cross-sectional shape.
도5는 일반적으로 육각형 단면 모양을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.5 is a schematic diagram of one embodiment of a negative electrode assembly of the present invention showing a cell having a generally hexagonal cross-sectional shape.
도6은 일반적으로 타원 단면 형상을 가진 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 6 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing a cell having a generally elliptical cross-sectional shape.
도7은 평평한 바닥 단부를 가진 셀의 단면을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 7 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing a cross section of a cell with a flat bottom end.
도8은 단부로서 다양한 형상을 가진 셀의 단면을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 8 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing cross sections of cells having various shapes as ends.
도9는 단부로서 다양한 형상을 가진 셀의 단면을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 9 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing cross-sections of cells having various shapes as ends.
도10은 형상화된 어레이 내부에 구성되어 형상화된 기층을 취급할 수 있는 셀을 도시하는 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 개략도이다.Figure 10 is a schematic diagram of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention showing a cell configured inside a shaped array and capable of handling the shaped substrate.
도11은 하나는 벽을 코팅한 유전체를 가지고, 다른 하나는 적어도 하나의 셀에 인접하게 배치된 유전체를 가진, 두 개의 음극 조립체를 도시하는 본 발명의 플라즈마 생성 장치의 한 실시예의 개략도이다. 또한, 플라즈마 전구물질의 기체를 공급하는 수단 및 음극 조립체와 기층에 전력을 공급하기 위한 수단이 도시되어 있다.Figure 11 is a schematic diagram of one embodiment of a plasma generating apparatus of the present invention showing two cathode assemblies, one having a wall-coated dielectric and the other having a dielectric disposed adjacent to at least one cell. Also shown are means for supplying gas of the plasma precursor and means for supplying power to the cathode assembly and substrate.
도12는 병 모양 용기를 다루기 위해 구성된 본 발명의 음극 조립체의 한 실시예의 절취 사시도이다.12 is a cutaway perspective view of one embodiment of the negative electrode assembly of the present invention configured for handling a bottle-shaped container.
도13은 도12의 실시예의 단면도이다.Figure 13 is a cross sectional view of the embodiment of Figure 12;
본 발명은 셀들이 서로 전기적으로 접속되어 있는 어레이 상태의 복수의 도전성 중공 플라즈마 생성 셀을 포함하는 플라즈마 생성을 위한 음극 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode assembly for plasma generation comprising a plurality of conductive hollow plasma generating cells in an array state in which the cells are electrically connected to one another.
본 발명은 또한 전술한 적어도 하나의 음극 조립체와, 플라즈마 전구물질 기체를 상기 음극 조립체에 공급하기 위한 수단과, 그리고 상기 음극 조립체에 전력을 공급하는 수단을 포함하는 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다.The invention also relates to a plasma generating apparatus comprising at least one cathode assembly as described above, means for supplying a plasma precursor gas to the cathode assembly, and means for supplying power to the cathode assembly.
본 발명은 더욱이 기층을 전술한 적어도 하나의 음극 조립체에 근접하게 위치시키는 단계와, 기층과 음극 조립체의 부근에 적어도 하나의 플라즈마 전구물질 기체를 공급하는 단계와, 음극 조립체에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계와, 처리된 표면을 형성하기에 충분한 시간동안 플라즈마에 기층의 표면을 노출하는 단계를 포함하는 기층의 표면을 처리 방법에 관한 것이다.The present invention furthermore comprises positioning the substrate in close proximity to the at least one cathode assembly described above, supplying at least one plasma precursor gas in the vicinity of the substrate and the cathode assembly, and supplying power to the cathode assembly to provide plasma A method of treating a surface of a substrate comprising producing and exposing the surface of the substrate to a plasma for a time sufficient to form a treated surface.
본 발명은 또한 (a) 성형된 2축 지향의 중합체 용기를 형성하는 단계와, (b) 본 명세서에 기술된 어레이가 형상화 된 본 발명의 음극 조립체를 사용하여 하이드로카본을 포함하는 플라즈마 전구물질 기체로부터 생생된 플라즈마에 대한 용기의 적어도 하나의 표면에 노출시키는 단계와, (c) 용기속으로 액체를 주입하는 단계와, (d) 용기를 밀봉하는 단계를 포함하는 성형된 2축 지향의 중합체 용기내의 액체를 포장하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention also provides a plasma precursor gas comprising hydrocarbon using (a) forming a molded biaxially oriented polymer vessel, and (b) an anode assembly of the present invention in which the array described herein is shaped. A molded biaxially oriented polymer container comprising exposing to at least one surface of the container for a plasma generated from the cell, (c) injecting liquid into the container, and (d) sealing the container. The present invention relates to a method for packaging a liquid within.
본 발명은 더욱이 본 명세서에 기술된 본 발명의 음극 조립체를 사용하여 하이드로카본를 포함하는 플라즈마 전구물질 기체로부터 생성된 플라즈마에 폴리에스테르 기층을 노출시키는 단계를 포함하는 폴리에스테르 기층의 기체 침투성을 감소시키는 방법에 관한 것이다.The invention furthermore comprises a method of reducing gas permeability of a polyester base layer comprising exposing the polyester base layer to a plasma generated from a plasma precursor gas comprising hydrocarbon using the negative electrode assembly described herein. It is about.
먼저 도1 내지 도6과 도10 내지 도13에 대하여 설명하면, 본 발명의 음극 조립체의 대한 실시예가 일반적으로 도시되어 있다. 음극 조립체(1)는 각 플라즈마 생성기의 어레이를 함께 형성하는 복수의 셀(2)을 포함한다. 각각의 셀은 하나의 벽 또는 벽들(3)에 의해 한정된다. 음극 조립체는 어레이 형태로 장착된 복수의 도전성 중공 플라즈마 생성 셀들을 포함하고, 셀들은 서로 전기 접속되어 있으며, 이러한 셀들은 작거나 또는 넓은 처리 영역을 갖는 다양한 기층에 균일한 플라즈마 처리를 제공하는데 효과적이다.1 to 6 and 10 to 13, an embodiment of the negative electrode assembly of the present invention is generally shown. The cathode assembly 1 comprises a plurality of cells 2 which together form an array of each plasma generator. Each cell is defined by one wall or walls 3. The cathode assembly comprises a plurality of conductive hollow plasma generating cells mounted in an array, the cells being electrically connected to each other, which cells are effective to provide uniform plasma treatment to various substrates having small or wide processing areas. .
"중공 플라즈마 생성 셀들"은 복수의 셀을 의미하며 각각의 셀은 적어도 하나의 벽에 의해 한정된다. 벽 또는 벽들에 의해 한정되는 셀들은 어떠한 형상으로도 될 수 있다. 그러나, 제조가 용이하도록 셀들은 양호하게는 대체로 원형 단면 형상, 타원 단면 형상, 정다각형(regular polygon) 혹은 부정다각형(irregular polygon) 단면 형상, 또는 이들 형상의 임의의 조합을 갖는다 (도1 내지 도6 및 도10 내지 도13 참조). "정다각형"은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 단면 형상을 의미한다. 부정다각형 단면 형상을 갖는 셀들에 대해서, 이러한 형상은 동일하거나 상이할 수 있다."Hollow plasma generating cells" means a plurality of cells, each cell defined by at least one wall. The cells defined by the wall or walls can be in any shape. However, for ease of manufacture, cells preferably have generally circular cross-sectional shapes, elliptic cross-sectional shapes, regular polygonal or irregular polygonal cross-sectional shapes, or any combination of these shapes (FIGS. 1-6). And Figures 10-13). By "polygon" is meant a cross-sectional shape selected from the group consisting of triangles, squares, pentagons, hexagons, heptagons, octagons and combinations thereof. For cells with an inverted polygonal cross-sectional shape, this shape may be the same or different.
셀들은 2개의 개방 단부를 갖는 튜브형일 수 있다. 이와 달리, 셀들은 셀의 일 개방 단부가 장착되는 기부(5)(특히 도10 참조)에 의해서 더 한정될 수 있거나,각각의 셀은 셀의 일 단부를 둘러싸는 단부 부분(6)에 의해 더 한정될 수 있다. 그러므로, 셀은 이러한 단부 부분이 평면, 평평한 바닥형, U자형, V자형 또는 그 외의 다른 형상으로 된 셀의 일 단부를 둘러싸는 단부 부분을 더 포함할 수 있다 (도7 내지 9 참조). 단부 부분에 의해 더 한정된 셀들 또는 튜브 형상의 셀들은 평면 또는 형상화된 기부(5) 상에 장착될 수 있다.The cells may be tubular with two open ends. Alternatively, the cells may be further defined by a base 5 (especially see FIG. 10) on which one open end of the cell is mounted, or each cell is further defined by an end portion 6 surrounding one end of the cell. May be limited. Thus, the cell may further comprise an end portion that surrounds one end of the cell such that the end portion is flat, flat bottomed, U-shaped, V-shaped or otherwise shaped (see FIGS. 7-9). Cells or tube-shaped cells further defined by the end part can be mounted on the flat or shaped base 5.
취급 그리고/또는 전력원에의 접속을 전력원을 용이하기 위하여, 음극 조립체는 셀들의 어레이를 둘러쌀 수 있는 하나 이상의 측편(8)을 더 포함할 수 있다. 일정 실시예에서, 측편들(8)은 셀 벽의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다. 측편(8)은 어레이 주변부의 셀들의 적어도 일부에 부착될 수 있고 그리고/또는 선택적인 기부(5)에 부착될 수 있다. 측편들에 있는 구멍(4)은 전력원과의 접속을 용이하게 할 수 있다.In order to facilitate handling and / or connection to the power source, the cathode assembly may further comprise one or more sides 8 which may surround the array of cells. In some embodiments, the sides 8 may form all or part of the cell wall. The side piece 8 may be attached to at least some of the cells at the periphery of the array and / or may be attached to the optional base 5. Holes 4 in the side pieces can facilitate the connection with the power source.
"플라즈마"는 극도의 고온 상태 또는 전기/자기장의 영향 아래에서 생성된 전체적으로 또는 부분적으로 이온화된 기체를 의미한다. 플라즈마는 현존하는 어떤 기체를 신속히 분리하여 활성화된 이온, 광자, 전자, 고도의 반응성 화학 핵종, 중립 안정 핵종, 여기된 분자 및 원자를 형성하는 다량의 고에너지 전기 및 자기장이다."Plasma" means a totally or partially ionized gas produced under extreme high temperature conditions or under the influence of an electric / magnetic field. Plasma is a large amount of high energy electric and magnetic fields that rapidly separate any existing gas to form activated ions, photons, electrons, highly reactive chemical nuclides, neutral stable nuclides, excited molecules and atoms.
"어레이"는 임의의 형상으로 형성된 셀들의 그룹을 의미한다. 이는 평면 어레이 혹은 형상화 된 어레이를 포함할 수 있다. 더욱이 어레이는 셀들이 기층의 선택된 면적만을 처리하도록 하는 것과 같은 방법으로 배열된 셀들의 임의의 불규칙적인 배열을 포함할 수 있다."Array" means a group of cells formed in any shape. This may include planar arrays or shaped arrays. Moreover, the array may include any irregular arrangement of cells arranged in such a way that the cells only handle a selected area of the substrate.
"도전성"은 벽, 벽들, 그리고/또는 셀들을 한정하거나 셀들이 장착될 수 있는 선택적 기부 또는 선택적 단부 부분이 전기를 전도할 수 있는 재료를 포함하는 것을 의미한다. "서로 전기적으로 접속됨"은 각각의 셀을 한정하는 도전성 재료에 의해 음극 조립체가 전력원에 접속될 때 셀들이 서로 전기적 접촉이 가능한 것을 의미한다. 본 발명의 음극 조립체의 제조에 유용한 재료는 스텐레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐, 백금, 크롬, 니켈, 지르콘, 몰리브덴, 또는 이들의 또는 그 밖의 알려진 원소와의 합금과 같은 플라즈마 공정에 불리한 영향을 미치지 않을 임의의 도전성 재료를 포함한다."Conductive" means that the optional base or optional end portion on which the walls, walls, and / or cells can be defined or on which the cells can be mounted comprises a material capable of conducting electricity. "Electrically connected to each other" means that the cells are in electrical contact with each other when the cathode assembly is connected to a power source by a conductive material defining each cell. Materials useful for the manufacture of the negative electrode assembly of the present invention are adverse effects on plasma processes, such as stainless steel, aluminum, titanium, copper, tungsten, platinum, chromium, nickel, zircon, molybdenum, or alloys of these or other known elements. It includes any conductive material that will not affect.
셀들의 개구는 다양한 단면 치수를 가질 수 있지만, 어레이 내의 복수의 셀들은 약 0.1 내지 약 5.0의 범위, 가장 바람직하게는 약 0.25 내지 약 4.0의 범위를 갖는 셀의 깊이에 대한 셀 단면적의 비를 갖는 것이 양호하다. 양호하게는, 각 셀의 단면적 범위는 약 0.25 내지 10 in2(약 1.6 내지 64.5 cm2)이다.The openings of the cells can have various cross-sectional dimensions, but the plurality of cells in the array have a ratio of cell cross-sectional area to depth of the cell in the range of about 0.1 to about 5.0, most preferably in the range of about 0.25 to about 4.0. Is good. Preferably, the cross-sectional area of each cell ranges from about 0.25 to 10 in 2 (about 1.6 to 64.5 cm 2 ).
각각의 셀은 분리된 벽 또는 벽들에 의해 한정될 수 있고, 이러한 벽들은 인접한 셀과 공유되지 않는다 (도2, 도5, 도6 및 도10 참조). 이러한 셀들은 적어도 하나의 인접한 셀(도6에서 도시한)로부터 분리될 수 있거나, 적어도 하나의 인접한 셀(도2참조)의 적어도 하나의 벽과 접촉한 벽들을 가질 수 있거나, 또는 그들의 임의의 조합으로 될 수 있다. 이와 달리, 인접한 셀들은 적어도 하나의 공통된 벽(도1, 3, 4 및 11 참조)을 공유할 수 있다. 양호하게, 정다각형 혹은 부정다각형의 인접한 셀들은 적어도 하나의 공통된 벽을 공유하거나 적어도 하나의 인접한 셀의적어도 하나의 벽과 접촉한 벽을 가진다. 각각의 벽은 전도성을 갖고 기계적 무결점을 갖을 정도의 두께를 가지고 있다.Each cell may be defined by a separate wall or walls, which walls are not shared with adjacent cells (see FIGS. 2, 5, 6 and 10). Such cells may be separated from at least one adjacent cell (shown in FIG. 6), may have walls in contact with at least one wall of at least one adjacent cell (see FIG. 2), or any combination thereof Can be In contrast, adjacent cells may share at least one common wall (see FIGS. 1, 3, 4 and 11). Preferably, adjacent cells of regular or non-polygon have a wall that shares at least one common wall or contacts at least one wall of at least one adjacent cell. Each wall is thick enough to be conductive and mechanically flawless.
본 발명의 음극 조립체의 적어도 하나의 셀의 적어도 하나의 벽의 일부 또는 전부는 유전체(10)로 코팅될 수 있다 (도11에서 좌측의 음극 조립체 참조). 부가적으로 또는 대안으로서, 유전체(10)는 본 발명의 음극 조립체의 적어도 하나의 셀에 대해 인접하게 배치될 수 있다 (도11에서 우측의 음극 조립체 참조). 이러한 유전체는 운모, 세라믹 또는 높은 유전 상수를 갖는 중합체 재료를 포함할 수 있다. 유전체는 셀의 에지 주위에 코팅될 수 있고, 셀의 벽 표면의 일부 혹은 전부를 덮을 수 있거나, 바로 인접한 셀의 표면을 덮을 수 있다. 유전체는 아크의 생성과 누전을 방지하고 방전을 억제시킬 수 있다. 유전체는 일정 셀들을 마스킹하는데 사용될 수 있어서 음극 조립체가 사용중에 있을 때 그 셀로부터의 플라즈마 생성을 방지할 수 있다. 기층은 플라즈마 처리하는 동안 일정 셀들을 마스킹으로써 기층 상에 장식 효과를 낼 수 있다.Some or all of the at least one wall of at least one cell of the negative electrode assembly of the present invention may be coated with a dielectric 10 (see negative electrode assembly on the left in FIG. 11). Additionally or alternatively, dielectric 10 may be disposed adjacent to at least one cell of the negative electrode assembly of the present invention (see negative electrode assembly on the right in FIG. 11). Such dielectrics may include mica, ceramics or polymeric materials with high dielectric constants. The dielectric may be coated around the edge of the cell and may cover some or all of the wall surface of the cell, or may cover the surface of the immediately adjacent cell. Dielectrics can prevent arcing and short-circuit and suppress discharge. The dielectric may be used to mask certain cells to prevent plasma generation from the cell when the cathode assembly is in use. The substrate can create a decorative effect on the substrate by masking certain cells during the plasma treatment.
더욱 균일한 플라즈마 처리를 제공하기 위해, 어레이 내부의 셀들보다 단면적이 더 적은 셀들의 적어도 일부를 어레이의 주변부에 제공하는 것이 유리하다는 것을 알게되었다. 이 실시예는 확산 손실을 보상한다 (도2, 도3, 도4, 도5 및 도6 참조).In order to provide a more uniform plasma treatment, it has been found to be advantageous to provide at least some of the cells with a smaller cross-sectional area at the periphery of the array than cells within the array. This embodiment compensates for the diffusion loss (see Figures 2, 3, 4, 5 and 6).
음극의 셀들은 평면 기층(12)의 처리에 대해 양호한 실시예인, 일반적인 평면 어레이로 배열될 수 있다 (도11 참조). 이와 달리, 음극 조립체의 셀들은, 예를 들어 (도12 및 13 참조) 병과 같이 굴곡이 지거나, 원형 또는 다른 형상 (14)(도10 참조)을 갖는 처리될 제품의 형상을 수용하기 위해 형상을 가진 어레이 형태로 배열될 수 있다. 이러한 형상을 가진, 곡선의 어레이는 예를 들어 오목하거나 볼록한 형상이 되도록 구성될 수 있다. 도12 및 도13에서, 음극 조립체(1)는 용기 내부 표면을 플라즈마 처리하기 위하여 병 형상 용기(20)내에 설치된다. 외부 전극(30)은 셀룰라 구성을 가진 것으로 도시되어 있으나 단순한 평면을 가질 수도 있다. 도12 및 도13에서 도시된 실시예에서, 극성은 역전되어 전극(30)으로 기체가 공급될 수 있으며, 병 형상 용기(20)의 외부 표면이 처리될 수 있다.The cells of the cathode may be arranged in a general planar array, which is a preferred embodiment for the treatment of the planar base layer 12 (see FIG. 11). Alternatively, the cells of the negative electrode assembly may be shaped to accommodate the shape of the product to be processed, for example curved, such as a bottle (see FIGS. 12 and 13), or having a circular or other shape 14 (see FIG. 10). It can be arranged in the form of an array. With this shape, the array of curves can be configured to be, for example, concave or convex. 12 and 13, the cathode assembly 1 is installed in the bottle-shaped container 20 for plasma treating the container inner surface. The external electrode 30 is shown having a cellular configuration but may have a simple plane. In the embodiment shown in Figures 12 and 13, the polarity is reversed so that gas can be supplied to the electrode 30, and the outer surface of the bottle-shaped container 20 can be treated.
셀의 하나 이상의 벽은 전체 어레이 평면에 대해, 또는 특정 셀이 위치된 어레이 부분의 평면에 대해 실질적으로 수직으로 될 수 있다. 이와 달리, 각각의 셀의 하나 이상의 벽들은 어레이 평면과 또는 특정한 셀이 위치하는 어레이 부분의 평면에 대하여 둔각을 형성하는 하나의 벽의 적어도 일부분을 가질 수 있다.One or more walls of a cell may be substantially perpendicular to the entire array plane or to the plane of the array portion in which a particular cell is located. Alternatively, one or more walls of each cell may have at least a portion of one wall that forms an obtuse angle with respect to the plane of the array or the plane of the array portion in which the particular cell is located.
어레이의 형상은 처리될 기층의 부분과 셀들의 조립체 사이에 합리적으로 균일한 간격을 유지하도록 기층의 형상과 일치시키는 것이 바람직하다. 이런 합리적으로 균일한 간격은 더욱 평평한 처리를 허용한다.The shape of the array is preferably matched to the shape of the base to maintain a reasonably uniform gap between the portion of the base to be treated and the assembly of cells. This reasonably uniform spacing allows for a more even treatment.
본 발명의 음극 조립체는 전도성 재료를 소정의 길이, 넓이, 두께의 조각으로 자르고 이 조각을 소정의 어레이 배열로 위치시키는 기계에 의해 제작될 수 있다. 조각은 슬롯 배열에서 함께 장착되어, 함께 쇄기로 고정된 것과 같이 견고한 형상으로 위치될 수 있으며, 또는 전형적인 금속 박판 스폿 용접 공정에 의해 융착될 수 있다. 본 발명의 음극 조립체를 조립하는 다른 방법은 이 기술 분야에서 보통의 숙련자에게 용이하게 명백한 것이다.The negative electrode assembly of the present invention may be manufactured by a machine that cuts the conductive material into pieces of a predetermined length, width, and thickness and places the pieces in a predetermined array arrangement. The pieces may be mounted together in a slot arrangement, placed in a rigid shape as secured together by wedges, or may be fused by a typical metal sheet spot welding process. Other methods of assembling the negative electrode assembly of the present invention are readily apparent to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 또한 상기에서 기술한 음극 조립체와, 음극 조립체에 플라즈마 전구물질 기체를 공급하는 수단과, 그리고 음극 조립체에 전력을 공급하는 수단(도11 참조)을 포함하는 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다.The invention also relates to a plasma generating apparatus comprising the above-described negative electrode assembly, means for supplying plasma precursor gas to the negative electrode assembly, and means for supplying power to the negative electrode assembly (see FIG. 11).
플라즈마 전구물질 기체는 (도7, 도12 및 도13 참조) 전구물질 기체가 셀들 부근으로 확산하도록 음극 조립체와 관련하여 배치된 기체 제트(16)에 의해 공급될 수 있다. 도7은 각각 셀내에 각각 위치한 개별적인 기체 제트(16)와 연결된 분기관 (16M)을 도시한다. 도12 및 도13은 또한 내부 용기(20)가 배치된 중심 전극에 위치한 개별적인 기체 제트(16)와 연결된 분기관(16M)을 도시한다. 플라즈마 기체는 플라즈마 기체 공급선(도시되지는 않음)을 통하여 공급될 수 있고 기체 질량 유량은 MKS 인스트루먼트 인크로 부터 입수한 MKS 타입 1179A와 같은 적당한 플라즈마 기체 흐름 제어기를 사용함으로써 제어될 수 있다. 유량은 용도에 의존된다. 많은 용도는 바람직하게 약 0.5 내지 약 15 분당 표준 세제곱 센티미터(sccm)이고, 약 0.1 내지 100분당 표준 세제곱 센티미터(sccm)의 유량을 사용하여 적합하게 취급될 수 있다. 다른 용도는 더 높거나 낮은 유량을 사용하여 취급될 수 있다.The plasma precursor gas (see FIGS. 7, 12 and 13) may be supplied by a gas jet 16 disposed in conjunction with the cathode assembly such that the precursor gas diffuses near the cells. FIG. 7 shows branch pipes 16M, each associated with a separate gas jet 16 located within each cell. 12 and 13 also show branch pipes 16M connected to individual gas jets 16 located at the center electrode on which the inner container 20 is disposed. The plasma gas may be supplied through a plasma gas supply line (not shown) and the gas mass flow rate may be controlled by using a suitable plasma gas flow controller such as MKS Type 1179A obtained from MKS Instrument Inc. The flow rate depends on the application. Many applications are preferably about 0.5 to about 15 standard cubic centimeters per minute (sccm) and can be suitably handled using flow rates of about 0.1 to 100 cubic centimeters per minute (sccm). Other applications can be handled using higher or lower flow rates.
전력원(18)(도11 참조)은 음성 주파수(AF)나, 고주파(RF)에서 작동하는 교류 공급원, 또는 직류 공급원일 수 있다. 전원은 한 실시예에서, 구멍(4)으로 삽입될 수 있는 적절한 고정구들(도시되지 않음)에 의해 음극 조립체와 접속된다. 많은 처리 용도에 대해서, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 200 W이고, 바람직하게는 약 1 내지 1,000 kW로 사용되는 1 kW이하의 전력이 필요로 된다. 그러나, 소정의 결과를 달성하기 위해 1kW보다 높은 투입 전력이 필요한 용도도 있다. 액체 전극 냉각 시스템이 그런 경우에 사용될 수 있다.The power source 18 (see FIG. 11) may be an AC source operating at a voice frequency AF, a high frequency RF, or a DC source. The power source is in one embodiment connected to the negative electrode assembly by suitable fixtures (not shown) that can be inserted into the hole 4. For many treatment applications, power of 1 kW or less, most preferably from about 5 to about 200 W, and preferably from about 1 to 1,000 kW, is required. However, there are also applications where input power higher than 1 kW is required to achieve a desired result. Liquid electrode cooling systems can be used in such cases.
낮은 압력(진공 상태)이 여기에서의 플라즈마 처리에서 이용된다. 그러므로, 본 플라즈마 생성 장치는 더욱이 내부에 음극 조립체를 가진 진공 챔버와, 진공 상태를 제공하는 수단을 포함한다. 원통 스텐레스 스틸 진공 챔버와 같은 적절한 진공 챔버가 적절한 것으로 알려져 있다. 에드워드 하이 진공 인터내셔날 (Edwards High Vacuum International)로 부터 입수할 수 있는, E2M80/EH500과 같은, 로터리 펌프와 조합된 부스터 펌프를 포함하여 상용으로 입수가능한 진공 펌프가 사용될 수 있다. 본 발명에서 유용한 압력은 바람직하게는 약 1 millitorr 내지 약 1 torr이며, 약 1 millitorr 내지 약 100 torr까지의 범위내에 있을 수 있다. 배치 또는 연속 공정이 본 플라즈마 생성 장치나 방법을 사용할 경우 가능하다. 비록 진공 시스템은 배치 공정에 알맞은 경향이 있을지라도, 연속 작동은 단계 인터락 진공 시스템을 사용하여 대기압 이하의 압력으로 유지될 수 있다. "단계 인터락 진공 시스템(stage interlock vacuum system)"은 다른 압력 상태에 있는 일련의 챔버를 의미한다.Low pressure (vacuum state) is used in the plasma treatment here. Therefore, the present plasma generating apparatus further includes a vacuum chamber having a cathode assembly therein and means for providing a vacuum state. Suitable vacuum chambers, such as cylindrical stainless steel vacuum chambers, are known to be suitable. Commercially available vacuum pumps can be used, including booster pumps in combination with rotary pumps, such as E2M80 / EH500, available from Edwards High Vacuum International. Pressures useful in the present invention are preferably from about 1 millitorr to about 1 torr, and may be in the range from about 1 millitorr to about 100 torr. Batch or continuous processes are possible when using the present plasma generating apparatus or method. Although vacuum systems tend to be suitable for batch processes, continuous operation can be maintained at sub-atmospheric pressure using a step interlock vacuum system. "Stage interlock vacuum system" means a series of chambers at different pressures.
본 발명은 더욱이 기층의 적어도 하나의 표면을 상기에서 기술한 적어도 하나의 음극 조립체에 근접하게 위치시키는 단계와, 기층과 음극 조립체의 부근에 적어도 하나의 플라즈마 전구물질 기체를 공급하는 단계와, 음극 조립체에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계와, 그리고 처리된 표면을 형성하기 위한 충분한 시간 동안 플라즈마에 기층의 적어도 하나의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 적어도 하나의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention furthermore comprises positioning at least one surface of the substrate in close proximity to the at least one cathode assembly described above, supplying at least one plasma precursor gas in the vicinity of the substrate and the cathode assembly, and Powering the to generate a plasma, and exposing the at least one surface of the substrate to the plasma for a sufficient time to form the treated surface.
먼저, 기층의 적어도 하나의 표면은 상기에서 전술한 적어도 하나의 음극 조립체에 인접하게 위치된다. "인접함"은 플라즈마 처리를 받기에 충분히 기층이 음극 조립체로부터 적절한 거리에 이격되어 있는 것을 의미한다. 하나 이상의 음극 조립체가 기층을 처리하는데 사용될 수 있다. 여기에서 처리하기 유용한 기층은 병 혹은 다른 용기와 같은, 섬유, 막, 입자 및 형상화된 제품을 포함한다. 기층은 본 발명의 적어도 하나의 음극 조립체로부터 평행하게 장착되어 소정의 거리로 이격될 수 있다. 형상화된 음극 조립체를 사용할 때, 기층의 평평한 처리를 제공하기 위해 기층과 셀들 사이에 적적히 균일한 간격이 유지되는 것이 바람직하다.First, at least one surface of the base layer is located adjacent to the at least one cathode assembly described above. "Nearness" means that the substrate is spaced at a suitable distance from the cathode assembly sufficient to be subjected to the plasma treatment. One or more cathode assemblies may be used to treat the substrate. Substrates useful for processing herein include fibers, membranes, particles, and shaped articles, such as bottles or other containers. The substrate may be mounted in parallel from at least one cathode assembly of the present invention and spaced a predetermined distance apart. When using a shaped cathode assembly, it is desirable to maintain a reasonably uniform gap between the base layer and the cells to provide a flat treatment of the base layer.
섬유, 막, 입자 혹은 형상화된 제품 기층은 열가소성 중합체로 만들어 질 수 있다. 본 발명에서 사용을 위하여 고려되는 막과 강성 용기는 폴리우레 핀 (polyolefins), 폴리아미드(polyamides), 엔지니어링 중합체(engeering polymers), 폴리카보네이트(polycarbonates)등과 같은 통상적인 열가소성 중합체로부터 형성된 것들을 포함한다. 본 발명은 막과 강성의, 즉 형상화된 용기와 병과 같이 분사 신장 블로잉 성형된(injection stretch blow molded) 2축 지향 중공 열가소성 용기에 적용될 수 있으며, 이러한 것들은 에틸렌 테레프탈레이트와 에틸렌 나프탈레이트의 코폴리머와 호모폴리머를 포함하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 페레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)등과 같은 합성 선형 폴리에스테르로 형성되며, 여기에서 코폴리머의 약 50몰 퍼센트 또는 그 이상은 디에텔렌 글리콜(deethylene glycol); 프로판-1, 3-디올; 부탄-1, 4-디올; 폴리터트라메틸렌 (polytetramethylene) 글리콜; 폴리에틸렌 글리콜; 코폴리머의 조제에서 글리콜 잔기를 대신하는 폴리프로필렌 글리콜 및 1, 4-하이드록시메틸시클로헥산 (hydroxymethylcyclohexane); 또는 이소프탈산, 디벤조산(dibenzoic); 나프탈렌 1, 4- 또는 2, 6-디카르복실산; 아디프산(adipic); 세바신산(sebacic); 코폴리머의 조제에서 산 잔기를 대신하는 데칸-1, 10-디카르복실산의 단위체 유닛으로 조제 가능하다. 상기 기술은 본 발명의 영역을 한정하기 위한 것이 아니라 적용할 수 있는 중합체 기층의 실례를 예시하기 위한 것이다.Fibers, membranes, particles or shaped product bases can be made of thermoplastic polymers. Membranes and rigid containers contemplated for use in the present invention include those formed from conventional thermoplastic polymers such as polyolefins, polyamides, engineering polymers, polycarbonates, and the like. The present invention can be applied to membrane and rigid, ie injection stretch blow molded, biaxially oriented hollow thermoplastic containers, such as shaped containers and bottles, which are compatible with copolymers of ethylene terephthalate and ethylene naphthalate. Homopolymers are formed from synthetic linear polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene perephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), and the like, wherein about 50 mole percent or more of the copolymer Diethylene glycol; Propane-1, 3-diol; Butane-1, 4-diol; Polytetramethylene glycol; Polyethylene glycol; Polypropylene glycol and 1,4-hydroxymethylcyclohexane in place of the glycol moiety in the preparation of copolymers; Or isophthalic acid, dibenzoic acid; Naphthalene 1, 4- or 2, 6-dicarboxylic acid; Adipic acid; Sebacic acid; In the preparation of the copolymer, it is possible to prepare a unit unit of decane-1, 10-dicarboxylic acid instead of the acid residue. The above description is not intended to limit the scope of the invention, but rather to illustrate examples of applicable polymer substrates.
두 번째, 본 방법에서, 적어도 하나의 플라즈마 전구물질 기체는 음극 조립체와 기층의 부근에 공급된다. 플라즈마는 세 가지 범주, (1) 화학적으로 비활성 플라즈마, (2) 화학적으로 활성이나 폴리머를 형성하지 않는 플라즈마, (3) 화학적으로 활성이고 폴리머를 형성하는 플라즈마로 분류된다. 사용된 플라즈마 전구물질 기체는 플라즈마에 의해 제공되는 소정의 처리에 기초해 선택될 수 있다. 적합한 전구물질 기체는 예를 들어 질소; 수소; 오존; 질소산화물; 메탄, 에틸렌, 부타디엔(butadiene) 또는 아세틸렌과 같은 탄화수소를 포함하는 기체; 아르곤; 헬륨; 암모니아; 및 이와 유사한 것; 및 중합 반응을 할 수 있는 단위 단량체 일 수 있다. 예를 들어, 중합체 막은 플라즈마 방전 구역으로 분사할 수 있는 어떤 유기물 또는 이나 금속 유기물의 화합물로 실질적으로 처리될 수 있다. 전구물질 기체 혹은 기체들은 기체 제트를 통해 소정의 기체 유량으로 진공 챔버속으로 공급된다.Second, in the method, at least one plasma precursor gas is supplied in the vicinity of the cathode assembly and the substrate. Plasma is classified into three categories: (1) chemically inert plasma, (2) plasma that is chemically active or does not form a polymer, and (3) plasma that is chemically active and forms a polymer. The plasma precursor gas used may be selected based on the desired treatment provided by the plasma. Suitable precursor gases include, for example, nitrogen; Hydrogen; ozone; Nitrogen oxides; Gases including hydrocarbons such as methane, ethylene, butadiene or acetylene; argon; helium; ammonia; And the like; And it may be a unit monomer capable of a polymerization reaction. For example, the polymer film may be substantially treated with a compound of any organic or metal organic that can spray into the plasma discharge zone. The precursor gas or gases are fed into the vacuum chamber through a gas jet at a predetermined gas flow rate.
플라즈마는 음극 조립체에 대해 전력을 공급함으로써 생성된다. 음극 조립체는 전원에 접속되고, 전원은 플라즈마 상태를 초기화시키기 위해 켜진다. 전력은 소정의 전력 레벨로 조정된다. 전력 레벨은 기체 유량, 기층의 크기, 음극 조립체로부터 양극까지의 거리, 플라즈마 전구물질 기체의 분자 무게 및 압력에 의존해 변화할 수 있다. 전력과 기체 유량은 음극 조립체의 소정의 모든 셀들 내에서 강한 플라즈마 방전을 형성하도록 조정될 수 있다. 선택적으로, 플라즈마가 셀들을 빠져나갈 때 플라즈마를 집중하기 위하여 자기 강화가 사용될 수도 있다.The plasma is generated by supplying power to the cathode assembly. The cathode assembly is connected to a power source, which is turned on to initialize the plasma state. The power is adjusted to a predetermined power level. The power level may vary depending on gas flow rate, substrate size, distance from cathode assembly to anode, molecular weight and pressure of plasma precursor gas. The power and gas flow rates can be adjusted to create a strong plasma discharge in all of the cells of the cathode assembly. Optionally, magnetic enhancement may be used to concentrate the plasma as the plasma exits the cells.
마지막으로, 기층의 적어도 하나의 표면은 처리된 표면을 형성하기에 충분한 시간만큼 플라즈마에 노출될 수 있다. 플라즈마 처리는 수 초부터 수 분까지 범위에 걸칠 수 있는 소정의 시간동안 유지되어야 한다. 처리 시간은 플라즈마의 특성과 플라즈마에 유지되는 작동 파라미터에 의존하는 기층 표면과 플라즈마의 상호작용에 의존한다. 이러한 파라미터들은 기체 유량, 투입 전력, 압력, 방전 전력 및 기층 위치를 포함한다. 처리 시간은 또한 기층의 성질에 의존한다.Finally, at least one surface of the substrate may be exposed to the plasma for a time sufficient to form the treated surface. The plasma treatment must be maintained for a predetermined time, which can range from a few seconds to several minutes. The treatment time depends on the interaction of the plasma with the substrate surface, which depends on the characteristics of the plasma and the operating parameters maintained in the plasma. These parameters include gas flow rate, input power, pressure, discharge power and substrate location. Treatment time also depends on the nature of the substrate.
본 발명은 음료를 포장하는데 유용하다. 그러므로 본 발명은 더욱이 용기를 형성하는 단계와, 어레이가 형성된 서술된 본 발명의 음극 조립체를 사용하여 하이드로카본을 포함하는 플라즈마 전구물질 기체로부터 생성된 플라즈마에 용기의 적어도 하나의 표면에 노출시키는 단계와, 용기속으로 액체를 주입하는 단계와, 그리고 용기를 밀봉하는 단계를 포함하는 성형된 2축 지향의 중합체 용기내에 액체를 포장하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 액체의 주입에 우선하여 용기로부터 기체의 정화하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 탄화된 액체에 적합할 수 있다.The present invention is useful for packaging beverages. The present invention therefore furthermore comprises the steps of forming a vessel, exposing to at least one surface of the vessel a plasma generated from a plasma precursor gas comprising hydrocarbon using the described cathode assembly of which the array is formed; And a method for packaging a liquid in a molded biaxially oriented polymer container, the method comprising injecting liquid into the container, and sealing the container. The method may include purifying gas from the container prior to injection of the liquid. This method may be suitable for carbonized liquids.
본 발명은 식음료를 포장하는데 사용되는 폴리(에틸렌 테레프탈렌)막과 강성 용기들, 그리고 탄화된 소프트 드링크와 맥주를 포장하는데 사용되는 분사 신장 블로잉 성형된 PET병의 기체 차단 성능을 향상하는데 적합하다. 그러므로, 본 발명은 여기에 기술된 본 발명의 음극 조립체를 사용하여 하이드로카본을 포함하는 플라즈마 전구물질 기체로부터 생성된 플라즈마에 폴리에스테르 기층의 적어도 하나의 표면에 노출시키는 단계를 포함하는 폴리에스테르 기층의 기체 투과성을 감소하는 방법을 포함한다.The present invention is suitable for improving the gas barrier performance of poly (ethylene terephthalene) membranes and rigid containers used for packaging food and beverages, and spray stretch blow molded PET bottles used for packaging carbonized soft drinks and beer. Therefore, the present invention comprises exposing to at least one surface of a polyester base layer a plasma generated from a plasma precursor gas comprising hydrocarbon using the cathode assembly of the invention described herein. Methods for reducing gas permeability.
본 발명은 선택적 침투막들 중에서 얇고, 결함이 없으며 부착력이 높은 막의 벌크 특징을 이용하는 차폐 코팅 또는, 부착 필요에 맞추기 위한 기층의 표면 특징의 변경인 얇은 막 부착; 새로운 화학적 기능을 갖도록 표면의 의도적인 변경에 의한 화학적 변형/접목(grafting); 따라서 표면 층 물리적 특징을 결합력있게 강화할 수 있는 표면 근처 분자의 교차결합 혹은 브랜칭; 에칭 혹은 융삭(약한 경계층의 제거와 표면적의 증가); 표면 세척(유기 오염물의 제거)을 포함하는 공정들에 있어서 유용하다.The present invention relates to a thinning, flawless and high adhesion film among selective permeable membranes, or to a thin coating that utilizes the bulk characteristics of the membrane, or a change in the surface characteristics of the substrate to meet the adhesion needs; Chemical modification / grafting by intentional alteration of the surface to have new chemical function; Thus crosslinking or branching of molecules near the surface that can enhance the bonding of the surface layer physical properties; Etching or ablation (removing weak boundary layers and increasing surface area); It is useful in processes involving surface cleaning (removal of organic contaminants).
예 1Example 1
구리에 대한 폴리이미드 막의 접착성 강화Enhanced adhesion of polyimide membranes to copper
도1에서 도시된 것과 유사한 정사각형 셀 패턴을 가진 두 개의 12 인치 ×12 인치 음극 조립체는 스텐리스 스틸로 만들어졌다. 각각의 셀은 1 인치 ×1 인치 ×1인치의 치수를 가지고 있으며, 셀의 깊이에 대한 셀의 단면적 비는 1.0이다. 두 개의 음극 조립체는 진공 챔버에서 서로 평행하게 장착되었고 각각의 음극은 직류 전원에 접속된다. 윌밍턴 DE에 있는 E.I.du Pont de Nemours and Company로부터 입수 가능한 등록 상표 캡톤(Kapton)의 폴리이미드 막은 각각의 음극으로부터 약 2 인치 거리의 음극들 사이에 위치된다. 진공 상태는 150 millitorrs의 압력으로 유도된다. 암모니아는 분당 12 표준 큐빅 센티미터의 유량으로 챔버로 주입되고 전력은 560 V의 전압에서 공급된다. 막은 1 분동안 암모니아 플라즈마에 노출된다.Two 12 inch by 12 inch cathode assemblies having a square cell pattern similar to that shown in Figure 1 were made of stainless steel. Each cell has dimensions of 1 inch by 1 inch by 1 inch, and the cell cross-sectional area ratio to the depth of the cell is 1.0. Two cathode assemblies were mounted parallel to each other in a vacuum chamber and each cathode was connected to a direct current power source. Kapton's polyimide membrane, available from E.I.du Pont de Nemours and Company, Wilmington DE, is located between the cathodes about 2 inches from each cathode. The vacuum is induced at a pressure of 150 millitorrs. Ammonia is injected into the chamber at a flow rate of 12 standard cubic centimeters per minute and power is supplied at a voltage of 560 V. The film is exposed to ammonia plasma for 1 minute.
통상적인 닙-롤(nip-roll) 공정을 사용할 때, 처리된 막은 접착제와 구리에 의해 적층되었다. 레이업(lay-up)은 1 oz.의 구리, 1 min의 파라록스(pyralux) 상표 박판 접착제 층, 폴리이미드 막 스트립, 클래드(clad)를 입히기 위한 1 mil 박판 접착제 또는 한 층 및 1 oz. 구리 또 한 층으로 구성된다.When using a conventional nip-roll process, the treated film was laminated by adhesive and copper. The lay-up consists of 1 oz. Of copper, 1 min of pyralux brand thin adhesive layer, polyimide film strip, 1 mil sheet of adhesive or one layer for cladding and 1 oz. Copper also consists of a layer.
클래드의 나머지에 대한 구리의 점착 강도를 시험하기 위해, 구리는 인스트론 머신(Instron machine)의 상부 조우(jaw)에 위치되고 클래드의 나머지는 독일 휠에 양면 스티키 테잎(stiky tape)으로 점착된다. 휠은 구리가 벗겨짐에 따라서 90도의 필(peel)각을 유지하기 위하여 회전된다. 뽑아내는 비율은 2 in/min이다. 제어 및 암모니아 플라즈마가 처리된 샘플에 대한 선형 인치(pli)당 파운드로 나타낸 결합값, 표면 에너지는 아래에 기재되어 있다.To test the cohesive strength of the copper against the rest of the clad, the copper is placed in an upper jaw of an Instron machine and the rest of the clad is adhered to a German wheel with a double sided sticky tape. The wheel rotates to maintain a peel angle of 90 degrees as the copper is peeled off. The extraction rate is 2 in / min. The binding values, surface energy in pounds per linear pli, for the control and ammonia plasma treated samples are described below.
예 2Example 2
폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)막에 대한 차폐 특징 강화Enhanced shielding properties for poly (ethylene terephthalate) (PET) membranes
윌밍턴, DE에 있는 듀퐁 코포레이션으부터 입수 가능한 5 인치×5 인치 등록 상표 미리넥스(MYLINEX)형 S PET막은 예 1에서 기술하였듯이, PET막을 통과하는 산소 투과에 대한 높은 차폐막을 생성하기 위한 플라즈마 얇은 막 피착을 위하여 조립체 사이에 위치된다. 진공 상태는 150 millitors의 압력으로 유도된다. 아세틸렌은 25 sccm의 유량으로서 챔버로 유도되고 전력은 640V의 전압에서 공급된다. 막은 10 분 동안 아세틸 플라즈마에 노출된다. 처리된 막은 30℃에서 50%의 상대 습도(RH) 하에서 ASTM D3985를 나타내는 모콘 잉크 (Mocon,Inc.)에 의해 제조된 등록 상표 옥스트란 (OXTRAN)1000을 사용하여 산소 이송 비율(OTR)로도 알려진, 산소 침투율을 구하기 위하여 측정된다. 결과는 아래에 기재되어 있다.The 5 inch by 5 inch trademark MYLINEX type S PET membrane, available from DuPont Corporation in Wilmington, DE, is a plasma thinner to create a high barrier to oxygen permeation through the PET membrane, as described in Example 1. It is positioned between the assemblies for membrane deposition. The vacuum is induced at a pressure of 150 millitors. Acetylene is introduced into the chamber at a flow rate of 25 sccm and power is supplied at a voltage of 640V. The film is exposed to acetyl plasma for 10 minutes. Treated membranes are also known as Oxygen Transfer Rate (OTR) using the registered trademark Oxtran (OXTRAN) 1000 manufactured by Mocon, Inc., indicating ASTM D3985 under 50% relative humidity (RH) at 30 ° C. , Oxygen permeability is measured. The results are described below.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101415415B1 (en) * | 2007-04-16 | 2014-07-04 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | Ablative plasma gun |
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Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10120405B4 (en) * | 2001-04-25 | 2008-08-21 | Je Plasmaconsult Gmbh | Device for generating a low-temperature plasma |
| KR20040022639A (en) * | 2002-09-09 | 2004-03-16 | 주식회사 네오바이오텍 | The generation method of thin coating film by carbon system material |
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Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101415415B1 (en) * | 2007-04-16 | 2014-07-04 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | Ablative plasma gun |
| KR101506305B1 (en) * | 2012-12-17 | 2015-03-26 | 한국생산기술연구원 | Plasma apparatus for nitridation having hollow tube units and method of plasma nitridation using the same |
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