Способ модифицирования поверхности полиэтилена

Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов. Способ осуществляют путем обработки в низкотемпературной плазме высокочастотного тлеющего разряда при пониженном давлении среды в разрядной камере. Процесс осуществляют в две стадии. На первой стадии плазменную обработку ведут в атмосфере насыщенного водяного пара при давлении 1,0-1,5 кПа в течение 15-20 с и удельной мощности разряда 50-200 Вт/м2. На второй стадии устанавливают давление 10-15 кПа путем напуска в камеру технического воздуха и производят плазменную обработку в течение 2-5 с при удельной мощности разряда 2,0-2,5 кВт/м2. Заявляемый способ позволяет получить устойчивую гидрофилизацию поверхности при одновременно высокой степени ее очистки, существенно улучшить адгезионные свойства полиэтилена. 9 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов, а именно полиэтилена.

Наиболее близким к предлагаемому является способ модифицирования поверхности полимерных материалов путем обработки в низкотемпературной плазме высокочастотного тлеющего разряда при давлениях среды ниже 100 тор [Патент США №3870610, МПК7 B29C 59/14, B29C 59/00, H01J 37/32, D06M 10/02, D06M 10/00, C08F 047/22, 1975 - прототип]. Известный способ обеспечивает увеличение гидрофильности полимерных материалов, в том числе полиэтилена, и увеличивает работу адгезии поверхности. Однако с течением времени (при хранении на воздухе) эффект гидрофилизации ослабевает - модифицированные материалы "стареют".

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение "старения" - сохранение гидрофильности поверхности полиэтилена, модифицированного в низкотемпературной плазме тлеющего разряда, при дальнейшем хранении на воздухе.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе модифицирования поверхности полимерных материалов, в частности полиэтилена, путем обработки в низкотемпературной плазме высокочастотного тлеющего разряда при пониженном давлении среды в разрядной камере процесс осуществляют в две стадии: на первой стадии плазменную обработку ведут в атмосфере насыщенного водяного пара при давлении 1,0-1,5 кПа в течение 15-20 с и удельной мощности разряда 50-200 Вт/м2, а на второй стадии устанавливают давление 10-15 кПа путем напуска в камеру технического воздуха и производят плазменную обработку полиэтилена в течение 2-5 с при удельной мощности разряда 2,0-2,5 кВт/м2.

Применение заявляемого способа позволяет получить устойчивую гидрофилизацию поверхности при одновременно высокой степени ее очистки, существенно улучшить адгезионные свойства пленок полиэтилена. За счет высокой и устойчивой адгезии обеспечиваются новые физико-химические свойства полиэтилена. Тем самым создаются условия для успешной реализации процессов металлизации, полимеризации, а также технологических процессов получения композиционных материалов с полимерными наполнителями.

Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Проводилось модифицирование поверхности образцов пленок полиэтилена толщиной 50 мкм в низкотемпературной плазме высокочастотного тлеющего разряда (на стандартной частоте высокочастотного диапазона f=27,12 МГц). Режимные параметры процесса приведены в табл.1 (здесь P - остаточное давление в разрядной камере, τ - время обработки, p - удельная мощность разряда). Изменение свойств поверхности образцов характеризовали значениями краевых углов θ смачивания дистиллированной водой (бидистиллятом), определяемых гониометрическим способом по стандартной методике. Работу адгезии поверхности образцов W рассчитывали по формуле Дюпре-Юнга: W=σж(1+cosθ). Здесь σж - поверхностное натяжение рабочей жидкости. В каждом цикле измерений угла θ на образец наносились три капли, а результаты усреднялись.

Для получения сравнительных данных модифицирование поверхности тех же образцов материала проводили по способу-прототипу. Результаты экспериментов представлены в табл.1.

Аналогично примеру 1 предлагаемый способ осуществляли в примерах 2-9 при измененных (по отношению к данным табл.1) режимных параметрах процесса. Результаты экспериментов сведены в табл.2-9.

Можно видеть, что по сравнению со способом-прототипом предлагаемый способ позволяет существенно ослабить эффект «старения» пленок. Краевой угол смачивания θ с течением времени хранения на воздухе изменяется (возрастает) очень незначительно. Через 1-2 суток после плазменной обработки значения краевого угла смачивания полностью стабилизируются - достигается устойчивая гидрофилизация поверхности. При реализации процесса по способу-прототипу устойчивая гидрофилизация достигается не ранее чем через 10 суток.

Проведенные дополнительно эксперименты показали, что при изменении режимных параметров вне пределов диапазона, указанных в стадиях, результирующие показатели процесса (краевой угол смачивания θ, работа адгезии поверхности W) ухудшаются.

Таблица 1
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Пока-
затели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показатели Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 51 52 52 53 53 53 53 53 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1 кПа,
τ1=15 c,
p1=50 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 119 118 118 117 117 117 117 117 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=10 кПа,
τ2=2 с,
p2=2 кВт/м2
Таблица 2
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 49 51 52 52 52 52 52 52 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1 кПа,
τ1=15 с,
p1=50 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 121 119 118 118 118 118 118 118 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=12 кПа,
τ2=4 с,
p2=2,2 кВт/м2
Таблица 3
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 49 51 52 52 52 52 52 52 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1 кПа,
τ1=15 с,
p1=50 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 121 119 118 118 118 118 118 118 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=15 кПа,
τ2 =5 с,
p2=2,5 кВт/м2
Таблица 4
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 50 51 52 52 52 52 52 52 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,2 кПа,
τ1=17 с,
p1=100 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 120 119 118 118 118 118 118 118 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=10 кПа,
τ2=2 с,
p2=2 кВт/м2
Таблица 5
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 49 50 51 51 51 51 51 51 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,2 кПа,
τ1=17 с,
p1=100 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 121 120 119 119 119 119 119 119 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=12 кПа,
τ2=4 с,
p2=2,2 кВт/м2
Таблица 6
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 49 50 52 52 52 52 52 52 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,2 кПа,
τ1=17 с,
p1=100 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 121 120 118 118 118 118 118 118 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=15 кПа,
τ2=5 с,
p2=2,5 кВт/м2
Таблица 7
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 49 50 52 52 52 52 52 52 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,5 кПа,
τ1=20 с,
p1=200 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 121 120 118 118 118 118 118 118 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=10 кПа,
τ2=2 с,
p2=2 кВт/м2
Таблица 8
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 48 49 51 51 51 51 51 51 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,5 кПа,
τ1=20 с,
p1=200 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 122 121 119 119 119 119 119 119 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2=12 кПа,
τ2=4 с,
p2=2,2 кВт/м2
Таблица 9
Предлагаемый способ (θисх=99°) Способ-прототип (θисх=99°)
Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут Режимные параметры Показа-
тели
Время хранения на воздухе, сут
0 1 2 3 5 7 10 30 0 1 2 3 5 7 10 30
I стадия: θ, град 48 50 51 51 51 51 51 51 P≤13,3 кПа,
τ=15 с,
p=2 кВт/м2
θ, град 48 50 54 55 57 59 64 66
P1=1,5 кПа,
τ1=20 с,
p1=200 Вт/м2
II стадия: W·103, Дж/м2 122 120 119 119 119 119 119 119 W·103, Дж/м2 122 120 116 115 112 110 105 102
P2= 15 кПа,
τ2=5 с,
p2=2,5 кВт/м2

Способ модифицирования поверхности полиэтилена путем обработки в низкотемпературной плазме высокочастотного тлеющего разряда при пониженном давлении среды в разрядной камере, отличающийся тем, что процесс осуществляют в две стадии: на первой стадии плазменную обработку ведут в атмосфере насыщенного водяного пара при давлении 1,0-1,5 кПа в течение 15-20 с и удельной мощности разряда 50-200 Вт/м2, а на второй стадии устанавливают давление 10-15 кПа путем напуска в камеру технического воздуха и производят плазменную обработку в течение 2-5 с при удельной мощности разряда 2,0-2,5 кВт/м2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу поверхностной обработки предварительно определенных площадей структуры композиционного материала. .

Изобретение относится к формированию покрытия из аморфного углерода с полимерной тенденцией на субстрат из полимерного материала, имеющего форму сосуда, который необходимо получить, такого как бутылка или флакон, с использованием плазмы, возбуждаемой посредством электромагнитных волн.

Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов. Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда при пониженных давлениях среды осуществляют путем изменения мощности разряда. В ходе процесса производят непрерывное измерение мощности разряда, текущее значение которой используют для расчета в режиме реального времени температурного поля в зоне разряда, а момент окончания процесса определяют автоматически - по достижении поверхностью полимерного материала заданной температуры (для полиэтилена 70°C). Способ по изобретению обеспечивает воспроизводимость приобретаемых адгезионных свойств поверхности - краевого угла смачивания и работы адгезии, а также обеспечивается устойчивость гидрофилизации поверхности. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии сверхточной обработки оптической поверхности офтальмологических имплантатов. Техническим результатом изобретения является повышение производительности установки для финишной обработки поверхности оптического элемента ИОЛ из полимерного материала. Технический результат достигается установкой для полировки ионным пучком поверхности оптического элемента интраокулярной линзы (ИОЛ), содержащей размещенные в вакуумной камере первый источник направленного ионного пучка, держатель ИОЛ с механизмом сканирования, установленный на пути ионного пучка, и средства управления. При этом установка содержит второй источник направленного ионного пучка, установленный в вакуумной камере встречно и соосно с первым источником, связанные со средствами сканирования пучков в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и холодильное устройство с тепловым экраном. Причем тепловой экран представляет собой пластину «П»-образной формы с соосными сквозными отверстиями в широких стенках, закрепленную неподвижно относительно стенок вакуумной камеры и размещенную на одной оси с источниками ионных пучков и упомянутыми сквозными отверстиями в стенках. Держатель ИОЛ выполнен в виде разъемной кассеты, имеющей ячейки для крепления единичных ИОЛ со средствами маскирования периметра ИОЛ. При этом кассета выполнена с возможностью воздействия ионными пучками на обе оптические поверхности ИОЛ, расположена между широкими стенками теплового экрана с зазором и связана с приводом. Привод выполнен с возможностью перемещения подлежащей полировке ИОЛ в зону воздействия ионных пучков, последующего колебательно-вращательного сканирования кассеты вокруг вертикальной оси в процессе воздействия ионных пучков, и по достижении заданной интегральной дозы воздействия ионов - перемещения в зону воздействия ионными пучками следующей подлежащей полировке ИОЛ. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к обработке поверхности веществ с использованием плазмы. Способ обработки поверхности объекта, содержащего резиновый материал, а именно диафрагму для использования в процессе изготовления шины транспортного средства. Способ включает этап, на котором поверхность подвергают обработке газом при низком давлении, при котором газ поддается формированию плазмы, и вызывают формирование плазмы из газа. Для получения заданного качества отталкивания поверхности резинового материала используют фтористый газ, такой как тетрафторметан или гексафторэтан. Предпочтительно обработку осуществляют, пока не будет получен слой поверхности резинового материала с характеристиками, измененными обработкой, который обладает предполагаемым сроком службы, соответствующим предполагаемому сроку службы объекта, который соответствует вулканизациям 500 объектов. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в изменении поверхности диафрагм и других объектов, содержащих резиновый материал, при обработке их плазмой и при этом резиновой поверхности придаются высокие качества отталкивания при контакте с другими материалами. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии модифицирования поверхности полимерных материалов

Наверх