KR20040085242A - Method and Device of Surface Modification for the Inner Wall of Polymer Container - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a device for the surface treatment of the inside of a polymeric container are provided to modify the inner surface for the purpose of improving hydrophilicity, hydrophobicity, adhesive property, biocompatibility and gas barrier property, etc. CONSTITUTION: The method for the surface treatment of inside of a polymeric container comprises the steps of: (a) wrapping a polymeric container(7) with a conductive cover(8); (b) positioning the polymeric container(7) on a sample holder(11) in a vacuum reservoir(1); (c) shielding the polymeric container(7) and the sample holder(11) with an insulation body(10); (d) introducing a plasma source gas selected depending on the particular purpose of surface modification into the vacuum reservoir(1); and (e) discharging the gas to form plasma(6) and applying negative high-voltage pulse to the conductive cover(8) and the holder(11) so as to introduce gas plasma ions into the container at high energy, or introducing ions while generating plasma directly by using a strong electric field caused by high-voltage pulse applied to the holder(11) and ground electrode(9) inserted in the container(7) under high pressure.

Description

고분자 용기 내부의 표면 처리 방법 및 장치{Method and Device of Surface Modification for the Inner Wall of Polymer Container}Method and device for surface treatment inside polymer container {Method and Device of Surface Modification for the Inner Wall of Polymer Container}

본 발명은 플라즈마 이온 주입에 의한 고분자 용기의 내부를 표면 처리하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면 본 발명은 플라즈마 이온 주입에 의하여 고분자 소재로 만들어진 용기의 내부 표면을 처리하여 용기의 내부 표면 특성을 향상시키는 표면 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for surface treatment of an interior of a polymer container by plasma ion implantation. More specifically, the present invention relates to a surface treatment method and apparatus for treating an inner surface of a container made of a polymer material by plasma ion implantation to improve an inner surface property of the container.

고분자는 가볍고 가공이 용이하며 투명하고 절연성이 좋아 각종 산업 분야에서 활용되고 있으나, 친수성, 접착성, 생체적합성 등이 부족한 고분자의 고유 특성으로 인해 사용에 제한을 받아왔다. 이와 같은 고분자 재료의 단점을 해결하기 위하여 화학적 처리, 코로나 처리, 플라즈마 처리, 이온 주입 처리 등 여러 표면 처리 방법들이 개발되었으나 용기의 내부를 처리하는 데는 많은 문제점들이 있다.Polymers are used in various industrial fields because they are light, easy to process, transparent, and have good insulating properties. However, polymers have been limited in their use due to their inherent properties such as lack of hydrophilicity, adhesion, and biocompatibility. In order to solve the shortcomings of the polymer material, various surface treatment methods such as chemical treatment, corona treatment, plasma treatment, and ion implantation treatment have been developed, but there are many problems in treating the inside of the container.

예를 들어, 화학적 처리의 경우 표면을 처리하는 것은 일반적으로 가능하지만 이러한 화학적 처리에 의한 표면 처리 공정은 번거롭고, 공정 중 오염 물질이생성되어 환경적으로 유해하다는 문제점이 있으며, 코로나 처리 또는 플라즈마 처리의 경우에는 처리 후 처리된 층이 매우 얇아 시간에 따라 쉽게 열화되는 문제가 있다.For example, in the case of chemical treatment, it is generally possible to treat the surface, but the surface treatment process by such chemical treatment is cumbersome, and contaminants are generated during the process, which is environmentally harmful. In this case, there is a problem that the treated layer after the treatment is very thin and easily deteriorates with time.

또한, 고분자 재료를 움직이거나 이온빔을 움직여 재료의 표면을 처리하는, 이온빔에 의한 고분자 재료의 표면 처리의 경우에는 이온빔이 수직 방향으로 진행되므로 용기 안쪽을 처리할 경우에는 용기 바닥을 처리할 수는 있지만 용기 내벽 표면을 처리할 수 없다는 문제점이 있다.In addition, in the case of the surface treatment of the polymer material by the ion beam, which moves the polymer material or moves the ion beam to treat the surface of the material, the ion beam proceeds in the vertical direction. There is a problem that the container inner wall surface cannot be treated.

본 발명자들은 본 발명 이전에 전도성을 가진 금속 그리드를 시료대 위에 설치하여 입체 고분자 시료의 표면에 플라즈마 이온 주입이 이루어질 수 있게 함으로써, 고분자 표면을 개질하여 고분자 표면의 물과의 친수성, 다른 물질과의 접착성, 표면 전도도를 향상시키는 3차원 입체 고분자 소재의 표면 개질 방법을 개시하였으나 (대한민국 특허 제351516호, 일본 특허 제3220445호, 미국 특허 제6,403,167호), 단순히 시료가 놓인 시료대에 고전압을 인가하는 이러한 방법 또한 고분자 용기의 내부 처리에 있어서는 고분자 용기가 전기를 통하지 않는 부도체이므로 이온 주입의 효과를 이룰 수 없었으며, 또한 금속성 그리드를 시료대 위에 설치하여 처리하여도 주입되는 이온 방향의 수직성으로 인해 용기 내부를 처리하기가 어려웠다.The inventors of the present invention, by installing a conductive metal grid on the sample stage to enable plasma ion implantation on the surface of the three-dimensional polymer sample, by modifying the surface of the polymer and hydrophilicity of water on the surface of the polymer, and other materials A method of surface modification of a three-dimensional solid polymer material to improve adhesion and surface conductivity has been disclosed (Korean Patent No. 351516, Japanese Patent No. 3220445, and US Patent No. 6,403,167), but a high voltage is simply applied to the sample stage on which the sample is placed. In addition, in the internal processing of the polymer container, since the polymer container is an insulator which is not electrically conductive, the effect of ion implantation cannot be achieved. This made it difficult to handle the inside of the container.

이와 같이, 플라즈마와 고전압 펄스를 이용하는 플라즈마 이온 주입 기술은 대면적의 3차원 입체시료의 표면에 균일하게 이온을 주입하여 표면 개질을 이룰 수 있는 기술이지만, 고분자 소재의 용기 내부를 처리할 경우에는 고분자가 부도체이며 수직 방향의 면만이 처리가 가능하므로 효과적으로 용기 내부를 처리할 수 없었다.As described above, the plasma ion implantation technique using plasma and high voltage pulses is a technique capable of achieving surface modification by uniformly injecting ions into the surface of a large-area three-dimensional solid sample, but when treating the inside of the container of the polymer material, Since it is an insulator and only the surface in the vertical direction can be processed, the inside of the container cannot be effectively processed.

따라서, 본 발명의 목적은 고분자로 이루어진 용기 형태의 내부에 플라즈마 이온 주입이 이루어질 수 있게 함으로써 내부 표면을 개질하여, 친수성이나 소수성, 접착성, 생체적합성 및 기체 투과 방지성 등과 같은 고분자 용기 내부 표면의 특성을 향상시키는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to modify the inner surface by allowing plasma ion implantation into the inside of the container form made of a polymer, so that the interior surface of the polymer container such as hydrophilicity, hydrophobicity, adhesiveness, biocompatibility, and gas permeation prevention The present invention provides a method and apparatus for improving the characteristics.

도 1은 고분자 용기 내부의 표면 개질을 위한 본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a plasma ion implantation apparatus according to the present invention for surface modification inside a polymer container.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 PET 및 LDPE 재질의 용기에 플라즈마 이온을 주입한 후 각 용기의 바닥면, 용기 입구로부터 1.5 cm, 3 cm 및 4.2 cm 떨어진 내부면에서 각각 측정한 물접촉각의 결과를 나타낸 그래프.FIG. 2 shows water contact angles measured at the bottom surface of each container and the inner surface 1.5 cm, 3 cm and 4.2 cm from the container inlet after injection of plasma ions into the PET and LDPE containers in Example 1 of the present invention. Graph showing the results.

도 3은 본 발명의 실시예 2에서 PET 용기를 기존의 플라즈마 방법과 본 발명의 플라즈마 이온 주입 방법으로 각각 처리한 후 각각 측정한 물접촉각을 비교한 그래프.Figure 3 is a graph comparing the water contact angle measured after treating the PET container in Example 2 of the present invention by the conventional plasma method and the plasma ion implantation method of the present invention, respectively.

도 4는 본 발명의 실시예 3에서 주파수, 처리시간 및 처리 후 대기 노출 시간에 따른 물접촉각을 도시한 그래프.Figure 4 is a graph showing the water contact angle according to the frequency, treatment time and post-treatment atmospheric exposure time in Example 3 of the present invention.

도 5는 플라즈마 처리하지 않은 PET 및 LDPE 재질의 용기, 기존 플라즈마 처리한 PET 및 LDPE 재질의 용기 및 본 발명에 따라 플라즈마 이온 주입처리된 PET 및 LDPE 재질의 용기 각각의 접착력을 측정한 결과를 비교한 그래프.Figure 5 compares the results of measuring the adhesion of each of the PET and LDPE containers not plasma-treated, the PET and LDPE containers conventionally plasma-treated and the PET and LDPE containers treated with plasma ion implantation according to the present invention. graph.

<도면의 주용 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code for the main part of the drawing>

1.: 진공조 2.: 진공펌프1 .: vacuum chamber 2 .: vacuum pump

3.: RF 전력장치 4.: 매칭네트워크3 .: RF power supply 4 .: Matching network

5.: 안테나 6.: 플라즈마5 .: Antenna 6 .: Plasma

7.: 고분자 용기 8.: 전도성 커버7 .: Polymer container 8 .: Conductive cover

9.: 접지된 전극 10.: 절연체9 .: grounded electrode 10 .: insulator

11.: 시료대 12.: 고전압 펄스 발생장치11 .: sample stand 12 .: high voltage pulse generator

13.: 기체도입 장치 14.: 진공조 접지13 .: Gas introduction device 14 .: Vacuum chamber ground

본 발명자들은 상기한 기존의 문제점을 해결하고자 예의 연구한 결과, 전도성 재료로 둘러싼 용기를 시료대 위에 위치시키고 시료대에 음의 고전압 펄스를 가할 경우 플라즈마로부터 이온이 추출되어 용기 내벽에 수직되게 가속되므로, 고분자 용기의 내부에 이온이 균일하게 주입되고 일정한 에너지로 주입된 이온들에 의해 고분자 용기 내부 표면이 개질됨으로써 고분자 용기 내부 표면의 친수성 또는 소수성, 접착성, 생체적합성, 기체 투과 방지성 등이 향상된다는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.The present inventors have diligently studied to solve the above-mentioned problems. As a result, when the vessel surrounded by the conductive material is placed on the sample stage and a negative high voltage pulse is applied to the sample stage, ions are extracted from the plasma and accelerated perpendicularly to the inner wall of the vessel. The inner surface of the polymer container is modified by the ions injected uniformly into the polymer container and injected with constant energy, thereby improving the hydrophilicity or hydrophobicity, adhesion, biocompatibility, and gas permeability of the polymer container. It has been found that the present invention has been achieved.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 장치의 개략도인 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명을 예시하나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 1 which is a schematic diagram of a plasma ion implantation apparatus according to the present invention, the present invention is not limited thereto.

본 발명은The present invention

(a) 고분자 용기 (7)를 전도성 커버 (8)로 둘러싸는 단계,(a) surrounding the polymeric container 7 with a conductive cover 8,

(b) 진공조 (1) 내의 시료대 (11) 위에 고분자 용기 (7)를 위치시키는 단계,(b) placing the polymer container 7 on the sample stage 11 in the vacuum chamber 1,

(c) 고분자 용기 (7)와 시료대 (11)를 절연체 (10)로 가리는 단계,(c) covering the polymer container 7 and the sample bed 11 with the insulator 10,

(d) 목적하는 표면 개질에 따라 선택된 플라즈마원 기체를 진공조 (1)에 도입하는 단계,(d) introducing a selected plasma source gas into the vacuum chamber 1 according to the desired surface modification,

(e) 상기 기체를 방전시켜 플라즈마 (6)를 형성시킨 후, 상기 전도성 커버 (8)와 시료대 (11)에 음의 고전압 펄스를 가하여 기체 플라즈마 이온을 고분자 용기 내부에 고에너지로 주입하거나, 또는 높은 압력에서 고분자 용기 (7) 안에 설치한 접지된 전극 (9)과 시료대 (11)에 가해지는 고전압 펄스에 의한 강한 전기장을 이용하여 직접 플라즈마를 발생시키면서 동시에 이온을 주입하는 단계(e) after discharging the gas to form a plasma 6, a negative high voltage pulse is applied to the conductive cover 8 and the sample stage 11 to inject gas plasma ions into the polymer container at high energy; Or simultaneously implanting ions while generating a plasma directly by using a strong electric field caused by a high voltage pulse applied to the grounded electrode 9 and the sample stage 11 installed in the polymer container 7 at a high pressure.

를 포함하는, 고분자 용기 내부 표면의 처리 방법을 제공한다.It provides a method of treating the inner surface of the polymer container comprising a.

또한, 본 발명은 전기 접지에 접지된 진공조 (1); 진공펌프 (2); 진공조 (1) 내에 플라즈마원 기체를 도입시키기 위한 기체도입 장치 (13); 도입된 기체를 이용하여 플라즈마 (6)를 발생시키기 위한 안테나 (5); 진공조 접지 (14); RF 전력장치 (3) 및 매칭네트워크 (4)와 같은 전원장치; 플라즈마 이온을 가속시켜 이온 주입을 시키기 위하여 음의 고전압 펄스가 인가되는 고분자 용기 (7)를 둘러싼 전도성 커버 (8); 전도성 커버를 지지하기 위한 시료대 (11); 고분자 용기 (7)와 시료대 (11)의 바깥 부분을 보호하는 절연체 (10); 접지된 전극 (9); 및 필요한 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 펄스 발생장치 (12)를 포함하는, 고분자 용기 내부 표면의 처리 장치를 제공한다.The present invention also provides a vacuum chamber (1) grounded to electrical ground; Vacuum pump 2; A gas introduction device 13 for introducing a plasma source gas into the vacuum chamber 1; An antenna 5 for generating a plasma 6 using the introduced gas; Vacuum chamber ground 14; Power supplies such as RF power supply 3 and matching network 4; A conductive cover 8 surrounding the polymer container 7 to which a negative high voltage pulse is applied to accelerate the plasma ions for ion implantation; A sample table 11 for supporting a conductive cover; An insulator 10 for protecting the polymer container 7 and the outer portion of the sample stage 11; Grounded electrode 9; And a high voltage pulse generator 12 for generating the required high voltage pulses.

본 발명의 방법에 따라 표면 개질시킬 수 있는 고분자 재료로는 폴리스티렌류, 폴리에틸렌 테레프탈레이트류, 폴리에틸렌류, 폴리프로필렌류, 폴리아크릴류,폴리메틸메타크릴레이트류, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트류, 폴리염화비닐류, 폴리에틸렌 나프탈레이트류, 폴리카르보네이트류, 실리콘류 등의 합성 수지가 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Polymer materials that can be surface modified according to the method of the present invention include polystyrenes, polyethylene terephthalates, polyethylenes, polypropylenes, polyacrylates, polymethyl methacrylates, polyhydroxyethyl methacrylates, Synthetic resins such as polyvinyl chlorides, polyethylene naphthalates, polycarbonates, silicones, and the like, but are not limited thereto.

본 발명에서 고분자 용기 내부 표면의 친수성 작용기를 형성하기 위한 반응성 기체의 플라즈마원으로서는 산소, 질소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아 등을 사용할 수 있고, 소수성이 강한 작용기를 형성하기 위해서는 메탄, CF4, C2F6, C3F8또는 이들의 혼합 기체 등을 사용할 수 있다. 내부 표면에 화학적 라디칼을 형성하여 접착력을 향상시키기 위한 비활성 기체의 플라즈마원으로서는 아르곤, 네온, 헬륨, 크립톤, 크세논 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, etc. may be used as a plasma source of the reactive gas for forming hydrophilic functional groups on the inner surface of the polymer container, and methane, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8, or a mixed gas thereof may be used. Argon, neon, helium, krypton, xenon, and the like may be used as the plasma source of the inert gas for improving the adhesion by forming chemical radicals on the inner surface, but is not limited thereto.

또한, 주입된 기체의 플라즈마는 진공조 (1) 내의 안테나 (5), 매칭네트워트 (4) 및 RF 전력장치 (3)와 같은 전원장치로 발생시키거나, 필라멘트 등의 일반적인 플라즈마 발생 장치를 이용할 수 있으며, 또는 높은 압력에서 용기 안에 설치한 접지된 전극 (9)과 시료대 (11)에 가해지는 고전압 펄스에 의한 강한 전기장을 이용하여 직접 플라즈마를 발생시키면서 동시에 이온 주입을 이룰 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the plasma of the injected gas may be generated by a power supply such as an antenna (5), a matching network (4) and an RF power device (3) in the vacuum chamber (1), or a general plasma generator such as filament may be used. Alternatively, ion implantation may be simultaneously performed while generating a plasma directly by using a strong electric field caused by a high voltage pulse applied to the grounded electrode 9 and the sample stage 11 installed in the container at a high pressure, but is not limited thereto. It is not.

시료 용기를 둘러싸는 전도성 커버 (8)는 용기 안에 생성된 플라즈마로부터 이온이 효과적으로 균일하게 용기 내부 표면에 주입될 수 있도록 고분자 용기의 바깥면과의 이격 거리가 5 mm 미만으로 밀착되도록 제작하며, 전도성 커버는 주로 얇은 스테인레스 스틸통이나 알루미늄 호일 등을 이용하나, 다른 전도성 물질을 이용할 수도 있다.The conductive cover (8) surrounding the sample vessel is constructed so that the separation distance from the outer surface of the polymer vessel is less than 5 mm so that ions can be efficiently and uniformly injected into the vessel inner surface from the plasma generated in the vessel. The cover is mainly made of thin stainless steel barrel or aluminum foil, but other conductive materials may be used.

본 발명에 의해 전도성 커버 (8)와 시료대 (11)에 가해지는 고전압 펄스는 -100 V 내지 -20 kV, 펄스-오프시 전압은 0 V 내지 -1 kV, 펄스폭은 1 ㎲ 내지 50 ㎲, 펄스 주파수는 10 Hz 내지 10 kHz를 이용한다. 고전압 펄스의 전압이 -100 V 보다 작으면 플라즈마 효과와 거의 비슷하여지고 -20 kV 이상이면 고분자 용기 표면이 손상되고 플라즈마 쉬스가 중첩되어 표면 특성이 저하된다. 또한, 펄스 폭이 1 ㎲ 미만에서는 플라즈마 이온 주입 효과를 거의 볼 수 없고 50 ㎲ 이상에서는 펄스가 길어져 직류 (DC)의 특성을 나타내므로 고분자 표면에 아크가 발생하여 표면 개질을 할 수 없다.According to the present invention, the high voltage pulse applied to the conductive cover 8 and the sample stage 11 is -100 V to -20 kV, the voltage at pulse-off is 0 V to -1 kV, and the pulse width is 1 kV to 50 kV. The pulse frequency is 10 Hz to 10 kHz. If the voltage of the high voltage pulse is less than -100 V, it is almost similar to the plasma effect, and if it is more than -20 kV, the surface of the polymer container is damaged and the plasma sheath is superimposed to degrade the surface characteristics. In addition, when the pulse width is less than 1 mW, the plasma ion implantation effect is hardly observed, and when the pulse width is 50 mW or more, the pulse is long and exhibits the characteristics of direct current (DC).

이와 같은 본 발명의 방법에 따르면 전도성 커버에 의해 시료 내부 표면에 수직으로 입사되는 이온의 에너지가 종래 플라즈마를 이용한 고분자 표면 개질 방법의 이온 에너지보다 매우 높으므로 표면 개질 효과가 뛰어나고 표면 이하 깊은 층까지 개질시킬 수 있어 처리후 시간에 따른 표면 열화를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.According to the method of the present invention, since the energy of the ions perpendicularly incident on the inner surface of the sample by the conductive cover is much higher than the ion energy of the polymer surface modification method using the conventional plasma, the surface modification effect is excellent and the surface is modified to the deeper layer below the surface. It is possible to effectively prevent surface degradation over time after the treatment.

본 발명을 하기 실시예로 보다 상세히 설명하나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<실시예><Example>

하기 실시예에서의 물접촉각 및 접착력은 다음 측정 방법에 따라 실시하였다.Water contact angle and adhesive force in the following Examples were carried out according to the following measuring method.

물접촉각 측정 방법How to measure water contact angle

물접촉각 측정장치(렘하트사 제품)로 스테틱 세실드롭 방법을 사용하여 측정하였다.The water contact angle measuring device (manufactured by Remhart Co., Ltd.) was measured using the static cecidrop method.

접착력 측정 방법How to measure adhesion

접착력 테스트는 90도 박리 시험기 (peel tester, 산교사 제품)를 사용하여 측정하였다. 단위는 gf(grams of force)이다.The adhesion test was measured using a 90 degree peel tester (manufactured by Sangyo). The unit is gf (grams of force).

<실시예 1><Example 1>

두께 1 mm의 원통형 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 용기 (직경 50 mm, 높이 50 mm)와 두께 1.5 mm의 원통형 LDPE 용기 (직경 70 mm, 높이 45 mm)를 각각 스테인레스 스틸통에 집어넣어 용기의 바깥벽을 금속으로 둘러싼 후 진공조 내의 진공도가 10-5토르인 플라즈마 이온 주입 장치 내의 시료대 위에 위치시킨 후 파이렉스로 용기와 시료대를 보호하였다.Cylindrical polyethylene terephthalate (PET) containers 1 mm thick (50 mm in diameter and 50 mm in height) and 1.5 mm thick LDLD containers (70 mm in diameter and 45 mm in height) are placed in stainless steel cans, respectively. Was surrounded by metal and placed on a sample bed in a plasma ion implantation device having a vacuum degree of 10 -5 Torr in a vacuum chamber, and then the container and the sample bed were protected with Pyrex.

산소 기체를 5 sccm의 유량으로 장치내에 공급하고 주파수 13.56 MHz, 출력 100 W의 RF 파를 이용하여 진공조 내에 플라즈마를 발생시켰다. 이때, 이온 주입 조건은 시료대와 용기 커버에 걸어주는 펄스 전압이 -5 kV이었고 펄스-오프시 전압이 -80 V이었으며 펄스 폭은 5 ㎲이었고 펄스 주파수는 2 kHz이었다. 이와 같이 산소 플라즈마를 발생시킨 후, PET 및 LDPE 용기 시료 각각을 3분간 처리하였다.Oxygen gas was supplied into the apparatus at a flow rate of 5 sccm and plasma was generated in a vacuum chamber using RF waves with a frequency of 13.56 MHz and an output of 100 W. At this time, the ion implantation conditions were -5 kV pulse voltage applied to the sample stage and the container cover, -80 V voltage at the pulse-off, pulse width was 5 kHz and pulse frequency was 2 kHz. After generating the oxygen plasma in this manner, each of the PET and LDPE container samples was treated for 3 minutes.

용기 내부를 처리한 시료들을 공기 중에 1 시간 동안 노출시킨 후 각 시료의 바닥면, 용기 입구로부터 1.5cm, 3cm 및 4.2cm 떨어진 내부 표면에서 물접촉각을측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.After the samples treated in the vessel were exposed to air for 1 hour, the water contact angles were measured at the bottom surface of each sample, 1.5 cm, 3 cm, and 4.2 cm from the container inlet, and the results are shown in FIG. 2.

결과로부터, 처리하지 않은 용기의 내부 표면의 물접촉각과 비교하여 플라즈마 이온 주입을 한 시료의 내부 표면의 물접촉각이 크게 감소하였음을 알 수 있었다. 특히 PET 용기의 경우는 물접촉각이 10도 미만으로 감소하여 효과적으로 용기 내부가 표면 처리되었다는 것을 알 수 있었다.From the results, it was found that the water contact angle of the inner surface of the sample subjected to plasma ion injection was significantly reduced compared to the water contact angle of the inner surface of the untreated container. In particular, in the case of PET containers, the water contact angle was reduced to less than 10 degrees, indicating that the inside of the container was effectively surface treated.

<실시예 2><Example 2>

두께 1 mm의 원통형 PET 용기 (직경 50 mm, 높이 110 mm)를 스테인레스 스틸통에 집어넣어 용기 주변을 금속으로 둘러싸고 진공조 내의 시료대 위에 위치시킨 후 산소 기체를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건하에서 플라즈마 이온 주입으로 처리하였다.A cylindrical PET container (50 mm in diameter, 110 mm in height) having a thickness of 1 mm was placed in a stainless steel barrel, surrounded by metal and placed on a sample table in a vacuum chamber, under the same conditions as in Example 1 using oxygen gas. Treatment was by plasma ion implantation.

3분 동안 표면 처리한 시료를 1 시간 동안 공기 중에 노출시킨 후 용기 입구로부터 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm 떨어진 내부면과 바닥면의 물접촉각과, 기존의 플라즈마 방식으로 처리한 용기 내부의 물접촉각을 도 3에 나타내었다.After 3 minutes of surface treatment, the sample was exposed to air for 1 hour, and the water contact angles of the inner and bottom surfaces 2 cm, 4 cm, 6 cm, and 8 cm away from the container entrance, and the inside of the container treated with the conventional plasma method. The water contact angle of is shown in FIG.

플라즈마 이온 주입된 용기 내부의 물접촉각은 매우 낮은 값을 보여 종래의 플라즈마에 의한 표면 처리보다 탁월한 친수성 향상을 보였으며 위치에 따라 모두 일정한 물접촉각을 나타내어 용기 내부가 균일하게 처리되었다는 것을 알 수 있었다.The water contact angle inside the vessel implanted with plasma ion showed a very low value, which showed superior hydrophilicity improvement compared to the surface treatment by the conventional plasma, and it was found that the inside of the vessel was uniformly treated by showing a constant water contact angle depending on the position.

<실시예 3><Example 3>

두께 1 mm인 원통형 PET 용기 (직경 50 mm, 높이 110 mm)를 알루미늄 호일로용기 바깥을 둘러싸서 시료대 위에 위치시킨 후 10-3토르의 산소 기체를 주입한 진공조에서 200 W 출력의 RF 플라즈마를 만들어 5 ㎲ 펄스 폭과 1 kHz 및 2 kHz 주파수로 -5 kV의 고전압을 시료를 싼 알루미늄과 시료대에 인가하여 각각 5분과 3분간 플라즈마 이온 주입으로 처리한 후 용기 입구로부터 2cm, 4cm, 6cm, 8cm 떨어진 내부면과 바닥면을 공기에 노출된 시간에 따라 물접촉각을 측정하였다. 표면 친수성을 나타내는 물접촉각을 위치별로 2cm, 4cm, 6cm, 8cm 및 바닥면에서 측정하여 순서대로 비교한 그래프를 도 4에 나타내었다.A 200 mm output RF plasma was placed in a vacuum vessel in which 10 -3 torr of oxygen gas was injected after placing a cylindrical PET container (50 mm in diameter and 110 mm in height) with a thickness of 1 mm and surrounding the outside of the container with aluminum foil. After applying the high voltage of -5 kV at 5 ㎲ pulse width and 1 kHz and 2 kHz frequency to the sample wrapped aluminum and the sample stage, it was treated with plasma ion implantation for 5 minutes and 3 minutes respectively, and then 2cm, 4cm, 6cm , Water contact angle was measured according to the exposure time of the inner surface and the bottom surface to the air 8cm away. Figure 4 shows a graph comparing water contact angles showing surface hydrophilicity in order by position at 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm and bottom.

1 kHz 주파수로 5 분간 처리한 용기 내벽이 더 좋은 친수성을 보였으며 용기 내부 면의 위치간에는 차이가 없어 균일하게 처리된 것을 알 수 있었으며, 10일 후에도 30도 이내의 낮은 접촉각을 보여 이전 방법에서 문제가 되어왔던 열화에 대해서도 안정성을 보였다.The inner wall of the vessel treated for 5 minutes at 1 kHz frequency showed better hydrophilicity, and there was no difference between the positions of the inner surface of the vessel, indicating that the vessel was uniformly treated. It also showed stability against deterioration.

<실시예 4><Example 4>

두께 1 mm의 원통형 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 용기 (직경 50 mm, 높이 50 mm)와 두께 1.5 mm의 원통형 LDPE 용기 (직경 70 mm, 높이 45 mm)를 각각 스테인레스 스틸통에 집어넣어 용기의 바깥벽을 금속으로 둘러싸고 진공조 내의 시료대 위에 위치시킨 후 아르곤과 질소 기체를 사용하여 실시예 1과 동일한 조건 하에서 플라즈마 이온 주입으로 처리하였다.Cylindrical polyethylene terephthalate (PET) containers 1 mm thick (50 mm in diameter and 50 mm in height) and 1.5 mm thick LDLD containers (70 mm in diameter and 45 mm in height) are placed in stainless steel barrels, respectively. Was surrounded by metal and placed on a sample bed in a vacuum chamber, and then treated with plasma ion implantation under the same conditions as in Example 1 using argon and nitrogen gas.

3분간 플라즈마 이온 주입으로 처리한 시료를 1시간 동안 공기 중에 노출시킬 후 용기 입구로부터 3cm 떨어진 내부 표면에서 테이프와의 접착력을 측정하여기존의 플라즈마 방식으로 처리한 용기 내부의 접착력과 함께 도 5에 나타내었다. 처리하지 않은 용기의 내부 표면의 접착력과 비교하여 플라즈마 이온 주입 처리를 한 시료의 내부 표면의 접착력이 크게 증가하였으며, 아르곤을 플라즈마원으로 사용하였을 때 더 효과적이었다.After exposing the sample treated with plasma ion implantation for 3 minutes to air for 1 hour, the adhesive force with the tape was measured on the inner surface 3 cm away from the inlet of the container, and is shown in FIG. 5 together with the adhesive force inside the vessel treated with the conventional plasma method. It was. Compared to the adhesion of the inner surface of the untreated container, the adhesion of the inner surface of the sample subjected to plasma ion implantation was greatly increased, and more effective when argon was used as the plasma source.

플라즈마 이온 주입된 용기 내부의 접착력이 종래의 플라즈마 방식에 의해 처리된 시료의 접착력보다 큰 값을 보여 본 발명에 의해 처리된 용기 내부의 표면 접착력이 더욱 향상됨을 보였다.The adhesion inside the vessel implanted with the plasma ion was greater than the adhesion of the sample treated by the conventional plasma method, and the surface adhesion within the vessel treated by the present invention was further improved.

본 발명의 방법에 따라 전도성 커버로 고분자 용기의 내부를 처리하면 고분자 용기가 절연물질이어도 용기 내부에 포함되어 있는 기체의 플라즈마 이온이 전도성 커버에 인가되는 전압에 의해 가속되어 용기 내부 표면에 수직으로 주입되므로 소수성 또는 친수성, 접착성, 생체적합성 및 기체 투과 방지성을 포함한 표면 특성이 향상되고 개질되는 층이 깊어 특성의 열화 현상이 크게 적으므로 본 발명은 고분자 용기 내부의 표면 특성을 바꾸는데 매우 효과적이다.When the inside of the polymer container is treated with the conductive cover according to the method of the present invention, even if the polymer container is an insulating material, plasma ions of the gas contained in the container are accelerated by the voltage applied to the conductive cover and injected vertically to the inner surface of the container. Therefore, the surface properties including hydrophobicity or hydrophilicity, adhesion, biocompatibility, and gas permeation resistance are improved, and the layer to be modified is deep so that the deterioration of the properties is much less. Therefore, the present invention is very effective in changing the surface properties inside the polymer container.

Claims (5)

(a) 고분자 용기를 전도성 커버로 둘러싸는 단계,(a) surrounding the polymeric container with a conductive cover, (b) 진공조 내의 시료대 위에 고분자 용기를 위치시키는 단계,(b) placing the polymer container on the sample stage in the vacuum chamber, (c) 고분자 용기와 시료대를 절연체로 가리는 단계,(c) screening the polymer container and sample bed with insulators, (d) 목적하는 표면 개질에 따라 선택된 플라즈마원 기체를 진공조 내에 도입하는 단계, 및(d) introducing a selected plasma source gas into the vacuum chamber in accordance with the desired surface modification, and (e) 상기 기체를 방전시켜 플라즈마를 형성시킨 후, 상기 전도성 커버와 시료대에 음의 고전압 펄스를 가하여 기체 플라즈마 이온을 고분자 용기 내부에 고에너지로 주입하거나, 또는 높은 압력에서 고분자 용기 내에 삽입되어 있는 접지된 전극과 시료대에 가해지는 고전압 펄스에 의한 강한 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키면서 동시에 이온을 주입하는 단계를 포함하는, 고분자 용기 내부 표면의 처리 방법.(e) after discharging the gas to form a plasma, a negative high voltage pulse is applied to the conductive cover and the sample stage to inject gas plasma ions into the polymer container at high energy, or is inserted into the polymer container at a high pressure. And simultaneously implanting ions while generating a plasma using a strong electric field caused by a high voltage pulse applied to the grounded electrode and the sample stage. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 전도성 커버의 안쪽면이 고분자 용기의 바깥면의 이격 거리가 5 mm 미만으로 밀착되게 고분자 용기를 전도성 커버로 둘러싸는 방법.The method of claim 1, wherein in step (a) the polymer container is surrounded by the conductive cover such that the inner surface of the conductive cover is in close contact with a distance of less than 5 mm from the outer surface of the polymer container. 제1항에 있어서, 플라즈마원 기체가 산소, 질소, 수소, 아르곤, 네온, 헬륨,크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 메탄, CF4, C2F6, C3F8및 이들의 혼합 기체로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.The method of claim 1, wherein the plasma source gas is oxygen, nitrogen, hydrogen, argon, neon, helium, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, methane, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 and mixtures thereof And gas selected from the group consisting of gases. 제1항에 있어서, 용기와 시료대에 가하는 고전압 펄스가 펄스 전압 -100 V 내지 -20 kV, 펄스-오프시 전압이 0 V 내지 -1 kV, 펄스 폭이 1 ㎲ 내지 50 ㎲, 펄스 주파수가 10 Hz 내지 10 kHz인 방법.The high voltage pulse applied to the container and the sample stage is a pulse voltage of -100 V to -20 kV, a voltage at pulse-off of 0 V to -1 kV, a pulse width of 1 Hz to 50 Hz, and a pulse frequency 10 Hz to 10 kHz. 전지 접지에 접지된 진공조; 진공 펌프; 진공조 내의 플라즈마원 기체를 도입하기 위한 기체도입 장치; 도입된 기체를 이용하여 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나; 진공조 접지; 전원 장치; 플라즈마 이온을 가속시켜 이온 주입을 시키기 위한 음의 고전압 펄스가 인가되는 시료를 둘러싼 전도성 커버; 전도성 커버를 지지하기 위한 시료대; 시료와 시료대의 바깥 부분을 보호하는 절연체; 접지된 전극; 및 필요한 고전압 펄스를 발생시키는 고전압 펄스 발생 장치를 포함하는, 고분자 내부 표면의 처리 장치.Vacuum chamber grounded to cell ground; A vacuum pump; A gas introduction device for introducing a plasma source gas into the vacuum chamber; An antenna for generating a plasma using the introduced gas; Vacuum grounding; Power supply; A conductive cover surrounding a sample to which a negative high voltage pulse is applied for accelerating plasma ions for ion implantation; A sample stage for supporting the conductive cover; An insulator protecting the sample and the outer portion of the sample stage; Grounded electrodes; And a high voltage pulse generator for generating the required high voltage pulses.
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