Contact Us   
Your Position: Home > News > Industry News

Surface Treatment – Necessity or Luxury?

2015/10/12      view:

Generally, plastic  films have inert  and non-porous  chemical  surfaces, with low surface tensions, 

which make them nonreceptive to the  anchoring of substrates  such as printing inks adhesives a-

nd coating. Amongst different plastic films, polyethylene and  polypropylene films have  the lowest 

surface  energ and therefore undergo corona treatment more often, in order to enhance their ad-hesion  properties. However, coronaeffect surface treatment is not limited to these two materials 

and can also be used to  enhance adhesion properties  of basically all plasti materials as well  as some 

materials  of other nature.  Two non plastic materials that undergo surface treatment more freque-

ntly are aluminium and paper.

All substrates, plastics films, paper and aluminium provide best surface adhesion when treated at the 

time  of their manufacturing. Such application, which is called posttreatment, is used to intensify ad-

hesion during other  converting processes  such as printing, lamination, etc.

FACTORS AND  PARAMETERS. The ultimate  goal of every surfac treatment system is to  increase pr-

oduct surface tension, measured in dyne/cm as  well as to enhance wettability  and surfac  adhesion  

properties. Corona treatment  systems  achieve such results by applying a  given power, for a given 

time  on the surface. This power  parameter in time is  measured in watt densi-ty, defined as Watt*m-



Wd= watt power density (watt/m2/min)

PS(w)= supplied power (watt)

WW(m)= film width (m)

LS(m/min)= line speed (m/min)

NST= number of sides to be  treated

CONDITIONAL  PARAMETERS  OF  WATT  DENSITY.  There   are  two parameters that affect power de-

nsity: system and process-mate-rial parameters.

SYSTEM  PARAMETERS.  Most  obvious   system  parameters  are measurement  of  supplied  power  (KW)  

and  measurement of treatment station (film width). Applied  power density is directly  proportional  to  

measure   of  supplied  power  in  watt and inversely proportional to  treatment station measure expressed

in meters; this  means that in  order to maintain a  given power density, if the film width doubles even the 

watt quantity of supplied power must be  doubled. This direct relation is  complicated by two factors: opera-

tive speed and electrode capacity to distribute a given level of applied power. Each type of electrode has a 

maximum power limit it can accept for length units. If a given power density KW exceeds the maximum limit 

of what an electrode can distribute, it will be necessary to add other electrodes.

Increasing the number of electrodes could impose adoption of a discharge roller  with  larger diameter.  Both 

factors  lead to  an increase in the size  of the treatment station to  be used and its Operative speed  is another 

system parameter,  which can complicate calculations  for  plant  sizing. With  a  given  plant, the higher the 

operative speed, the lower the maximum power density attainable. Thus,  speed, which is inversely  proporti-

onal to power density,  has  a relevant  impact on  sizing and  cost  of a corona  treatment system.

PROCESS-MATERIAL PARAMETERS.  Most apparent process-mate-rial parameters are substrates composition 

and  type of process they undergo (extrusion, extrusion coating, printing,  etc.).

Many  materials are defined  by a  range of typical  surface tensions. Different surface tension values of a given 

material could be explained  by  several  factors,  such as  processing  method(blown or  cast film),  die temper-

ature  variations during  extrusion, type  and quantity  of impurities  that are  always present even in  high-qua-

lity films. If  dealing with a  material having a given power  density its  surface tension will  be increased.  Yet final 

surface tension and increase amount depend on the material’s initial surface tension.

For example,  by applying  a given  watt power  density to  a 41dyne activated  PET,  it will  be possible  to  

reach 46 dyne,  but applying that  same power density  to a 44 dyne  activated PET,only 48 could be attained.  

Alt-hough in the latter  case the final level is  higher, the increase  is inferior  due to the  initial level.Furthermore,  

the variation  of  barefoot  material  response  to corona treatment is compounded by additive loading.Not  all 

materials or substrates react in the  same way to corona treatment.  Some materials, such  as certain  polyesters, 

can be treated  without   problems  and   show  rapid  surface   tension increase using  relatively low power 

intensity levels. For  other materials, such as polyethylene, treatment poses more  difficulties,  however, significant  

increases in  surface  tension can  be reached using  mediumlow  levels of  power  intensity.  Finally,some materials, 

such as polypropylene, are difficult to treat and may  show only moderate  surface tension  increase using  relat-

ively high power intensity levels.

Reaction of a material to corona treatment is also affected by the different  manufacturing process  parameters. 

It  is known  that extrusion,   extrusion  coating,   and  lamination   by  extrusion processes require different treat-

ment levels to reach acceptable product and  production quality  levels. Nevertheless,  it is  less known  that the  

type  of  manufacturing affects  reactions  of a given substrate to corona  treatment. These differences are due

to the following elements:

1.   Variation in  molecular structure  as result of  the extrusion process.

2.   Substrate temperature at the time it enters the corona treatment unit.

3.   Location of the corona treatment unit relative to the point of extrusion.

ADDITIVE CHARGE. Additive  charge, expressed in parts  per million (ppm) contained in the film, remarkably 

influences a film’s capacity for  corona  treatment and  retains its  effects  in time.The first consequence  of 

an elevated additive charge is that  of requiring an increase in power density to enhance the film surface 

tension.  Secondly, an elevated quantity of  additive in the film reduces  a material’s  capacity to  maintain a  

corona treat-ment effect in time. This is caused by the additives’ tendency to group together or migrate 

to the surface and mask  the effect of corona treatment.  It is  commonly  believed that  additives will migrate 

more  rapidly towards  a film surface, which  has been treated.

Andamento Dynes per W*min/m

The diagram in Figure 1 shows that the possibility of treatmentdecreases with  the  increase of  the  lubricant 

percentage.  The example shows that about 16 W*min/m2 are necessary to treat a PE film with 300 ppm 

of lubricant at 42 dyne/cm. If the lubricant  content were  600 ppm  the amount  of  necessary corona

effect  would  rise  to  25   and  if  it  were  1200 ppm  it  would increase  to 40 W*min/m2.  For  a  material  

not containing  lubricants,  an   amount  of   corona  effect   equivalent  to   about 7 W.min/m2 is applied.

This means  that  for treatment  of films  containing lubricants,increased electric power must be applied 

compared to that nec essary for  treatment of  lubricant-free materials.  For the same result, electrodes  

with increased  discharge surface  are necessary, since an increased discharge electrode surface with 

equivalent film  sliding speed  causes  increased film  exposure time under corona discharge.

TREATMENT RENEWAL.  Treatment renewal  is  that situation,  in which a film that  had previously 

undergone treatment is treated again  in-line with  the corona process  before completion  of the con-

verting process.  For instance, a film already  treated for extrusion could  be treated again  in the laminating, coating or printing process.                                                                                

Treatment renewal is  more commonly used in  the presence of  water-based  coatings  or inks;  on  the  

contrary,  solvent-based coatings or inks wet more easily and  their adhesion is simpler.      

For example,  a film with  31 dyne surface tension  at extrusion can be  treated to a  level of 40 dyne  

in line with  the extruder. After  transport and  stocking,  the  effect  of time  passing  and additive  charges, 

surface  tension  is  reduced to,  for  example, 36 dyne or  even  less. At  this level,  solvent based 

coatings  oinks  would already  provide elevated  product  quality, without needing further  treatment.

However,  a waterbased  coating or ink would require  the film to be treated  to increase its surface tension 

to  40 dyne or  more.  Experience  proves  that,  with a given  surface  tension  increase,  re-treating  pre-treated  films requires  less power  intensity than  treating a  non pre-treated film. Moreover some non  

pre-treated do not increase their surface tension  even if very elevated  power densities are applied. 

This  is due  to their  molecular structure  and slipping barrier or  additives, which migrate, to  the film 

surface,  reducing surface tension. process. Yet an elevated initial treatment level is  not a solution

to the problem.

TIME. With time treated surfaces progressively lose the effect of the treatment. This is always true for all 

treatment methods and all films,  even non additivated ones.  The amount  of treatment loss depends 

on the  type of film, treatment level, type of  treatment, additive quantity and elapsed time.Unfortunately  some of  the  beneficial results  obtained  by the corona treatment degrade after treatment. Main reasons

 for this are:

1.   It is  thought that the  main cause  for this loss  is that each subsequent rubbing of  the treated surface on  transmission rollers, reel, drum, etc., tends to  «remove» treatment.

2.   Contact between treated side and opposite side.

3.   Content of slipping agents.

It should also be noted that once final processing, such as printing,   coating   or  lamination   is   over,  

anchor   enhancement obtained with corona treatment remains stable. In other words,ink will  not come  of

after  a period  of time  and the  two substrates will not delaminate. Treatment «loss» occurs in the period 

of  time between  treatment and  the consequent  converting

It must  also be said  that, if  a material contains  added components  such as  additives and slipping  agents

treatment  at the time of use  is more  efficient, if the  material has already  been treated at the  time of  extru-sion. This case  is called treatment reinstatement or renewal.