Способ получения полимерных пленок с пористой градиентной структурой


 


Владельцы патента RU 2567907:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к способу получения полимерных пленок с пористой градиентной структурой и может быть использовано в качестве разделительных мембран, покрытий, электроизоляционных, гидрофобных и защитных материалов для устройств радио- и микроэлектроники, деталей оптических систем, межслойной изоляции, применяемых в области точного приборостроения. Способ включает соединение пакета из листов волокнистого полимерного материала. Пакет формируют из различной формы и размеров листов волокнистого полимерного материала по его периметру. Затем проводят соединение всех листов волокнистого полимерного материала путем их спекания одновременно при температуре на 10-20°С ниже температуры плавления волокнистого полимерного материала и давлении 50-120 кгс/см2. После спекания проводят охлаждение полученной полимерной пленки с пористой градиентной структурой под давлением 50-100 кгс/см2 до комнатной температуры при равномерном давлении по всей площади поверхности. Изобретение обеспечивает повышение гидрофобности полимерных пленок путем формирования пористой градиентной структуры с заданными свойствами. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области получения пленок с градиентной структурой и может быть использовано в качестве разделительных мембран, покрытий, электроизоляционных и защитных материалов для устройств радио- и микроэлектроники, деталей оптических систем, межслойной изоляции в полупроводниковых приборах в области точного приборостроения т.д.

Известен способ получения пористой политетрафторэтиленовой пленки, включающий биаксиальную вытяжку полуспекшегося политетрафторэтиленового материала с последующей термообработкой вытянутого материала при температуре выше плавления политетрафторэтилена, биаксиальную вытяжку пленки осуществляют до увеличения ее площади в 250 раз, причем пористая пленка имеет толщину не более чем 1/20 толщины полуспекшегося политетрафторэтилена (патент РФ №2103283, опубл. 27.01.1998). Недостатками данного способа являются значительная сложность аппаратурного оформления, многоэтапность получения непористой пленки из фторопластового порошка, невозможность задавать различную морфологию поверхности в пределах одного изделия.

Также известен способ изготовления пористых мембран, который включает в себя локальное облучение исходной пленки потоками высокоэнергетических квантов излучения, электронов или ионов и последующую обработку травителем. Перед облучением пленку покрывают защитным покрытием в виде пространственно разделенных островков и растягивают. После облучения растягивающие усилия снимают, обработку травителем ведут в две ступени, на первой из которых - при помощи травителя, создающего отверстия в покрытии и не воздействующего на исходную пленку, а на второй ступени - при помощи травителя, создающего отверстия в исходной пленке через отверстия в слое покрытия и не воздействующего на него. Покрытие может быть получено путем нанесения на исходную пленку сплошного слоя, его рассечение на островки посредством воздействия потока высокоэнергетических частиц и последующей обработки травителем, не воздействующим на исходную пленку, но вытравливающим канавки по границам островков, а перед облучением исходной пленки ее дополнительно растягивают (патент РФ №2104759, опубл. 20.02.1998). Недостатками данного способа являются значительная сложность аппаратурного оформления и многоэтапность получения конечного изделия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является способ получения шаблонных градиентных полимерных пленок, который включает в себя нанесение раствора на подложку для образования покрытия, выборочную полимеризацию первой части покрытия для образования нерастворимой полимерной матрицы в растворителе, изъятие основной части растворителя и полимеризацию второй части покрытия, смежной с первой частью. Процесс также может проводиться при использовании УФ-отверждаемого связующего для выборочной полимеризации покрытия УФ-излучением через маску (заявка на патент республики Корея KR20130092971, опубл. 21.08.2013).

К недостаткам этого способа относится высокая сложность аппаратурного оформления, многоэтапность процесса формирования пленки, отсутствие возможности использовать нерастворимые полимеры, отсутствие возможности получения пленки с гидрофобными и сверхгидрофобными поверхностями.

Гидрофобность поверхности материала характеризуется показателем краевого угла смачивания поверхности θ° каплей воды, который для смачиваемых поверхностей меньше 90°, а для несмачиваемых - больше него. Супергидрофобными называют материалы, характеризуемые одновременно тремя свойствами: капля воды образует на них угол смачивания более 150°, угол скатывания, т.е. угол наклона поверхности к горизонту, при котором капля с диаметром 2-3 мм начинает скатываться, не превышает десятка градусов, и имеет место эффект самоочистки поверхности при контакте с каплями воды.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение гидрофобности полимерной пленки и возможность получения полимерной пленки с регулируемой гидрофобностью поверхности.

Для решения поставленной задачи соединение слоев волокнистого полимерного материала проводят одновременно путем их спекания при температуре на 10-20°С ниже температуры плавления полимерного материала под давлением от 50-120 кгс/см2 с формированием пакета из различного количества и формы слоев по площади пленки.

Отличием от прототипа также является то, что проводят охлаждение полученной полимерной пленки с пористой градиентной структурой под давлением 50-100 кгс/см2 до комнатной температуры с равномерным давлением по всей площади пресса. В результате этой операции толщину пленки после спекания под давлением получают одинаковой по всей площади пленки.

Еще одним отличием является то, что в качестве исходного сырья для пленки используются листы волокнистого полимерного материала с толщиной волокон 0,01-50 мкм и плотностью 5÷100 г/м2.

Механизм образования пористой пленки обусловлен переходом полимерных волокон в вязкотекучее состояние в процессе спекания при температуре на 10-20°С ниже температуры плавления, что приводит к сплавлению отдельных волокон друг с другом, в зависимости от длительности выдержки под давлением меняется степень перехода волокна в расплав, что определяет количество и размер пор.

Также отличием является то, что градиент пористой структуры пленки определяется разностью давления по площади заготовки пленки - область максимального давления характеризуются минимальным количеством пор.

Также предлагаемый способ отличается тем, что микрорельеф поверхности пористой пленки зависит от формы и числа листов волокнистого полимерного материала, в результате чего сплавляемые волокна на поверхности пленки образуют различный микрорельеф поверхности пленки. Минимальное число листов в пакете равно четырем, что обусловлено особенностями работы пресса.

Наконец еще одним отличием предложенного способа является то, что в качестве волокнистых полимерных материалов можно применять один из следующих полимерных материалов: полиэфир, полисульфон, полиолефин, фторсодержащие полимерные материалы.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежом.

На Фиг. 1 приведен вариант компоновки листов нетканого полимерного материала в заготовке для пористой пленки с градиентной структурой, 1 - профиль распределения давления по площади заготовки пленки, 2 и 3 - варианты формы и размера листов волокнистого полимерного материала по периметру пакета для получения необходимого микрорельефа на части площади поверхности пленки, 4 - варианты размеров листов равных полной площади заготовки пленки.

Примеры выполнения способа

Пример 1

Для изготовления использовались образцы волокнистого политетрафторэтилена прямоугольной формы с размерами 20×10 мм, полученные методом лазерной абляции: диаметр нити 50 мкм, длина нити 0,2-2 мм, плотность материала 90 г/м2. Данный материал набирался в пакет по схеме, приведенной на Фиг.1, который затем подвергался термической обработке под давлением 100 кгс/см2 в гидравлическом прессе при температуре 150°С и давлении в течение 20 минут, градиент давления задавался ограничителями между плит пресса. Образец охлаждали на воздухе под давлением 50 кгс/см2 в прессе с внутренним водяным охлаждением.

Пример 2

В качестве волокнистого материала был использован фторопласт марки Ф-42, полученный методом электроспиннинга, с толщиной волокна 5 мкм и плотностью 10 г/см2. Обработка в прессе проводилась при температуре 120°С и давлении 50 кгс/см2 в течение 10 минут с последующим охлаждением под давлением 100 кгс/ см2 в прессе с водяным охлаждением. Градиент давления задавался ограничителями между плит пресса.

Пример 3

В примере 3 был использован фторопласт марки Ф-42, полученный методом электроспиннинга, с толщиной волокна 0,5 мкм и плотностью 5 г/см2.

Обработка в прессе проводилась при температуре 110°С и давлении 20 кгс/см2 в течение 10 минут с последующим охлаждением под давлением в прессе 50 кгс/см2 с водяным охлаждением. Градиент давления задавался ограничителями между плит пресса.

Краевые углы смачивания измерялись в 3-5 различных точках на поверхности образца, для каждого места измерения определялся средний угол по 10 последовательным изображениям капли. Разброс по углам, измеряемым в различных местах образца, может составлять несколько градусов, что отражает пространственную неоднородность шероховатости поверхности материала. Перед проведением измерений образцы для удаления пыли и водорастворимых поверхностных загрязнений отмывали в воде в течение 5 минут с использованием ультразвуковой ванны.

Исследования образца показали значительную вариацию углов смачивания в точках на расстоянии 5 мм, расположенных на прямой, связывающей области с разной шероховатостью поверхности. Этот факт наглядно отображен ростом экспериментальных углов смачивания.

Исследования образца показали значительную вариацию углов смачивания в точках на расстоянии 5 мм, расположенных на прямой, связывающей области с разной шероховатостью поверхностей. Это наглядно отображено ростом экспериментальных углов смачивания в Таблице 1.

Таблица 1
Точка измерения Краевой угол смачивания, θ°
Пример 1 Пример 2 Пример 3 прототип
1 109±5 101±5 93±2 95±5
2 124±4 114±4 101±5 98±4
3 130±4 125±4 106±2 100±4
4 141±5 138±5 115±5 104±3
5 150±3 142±3 122±3 107±3

Используемое оборудование позволило получить однородные пленки на образцах малой площади, однако, регулируя температуру и давление, можно получить поверхности с разной шероховатостью и таким образом создавать их с градиентом угла смачивания.

1. Способ получения полимерных пленок с пористой градиентной структурой, включающий соединение пакета из листов волокнистого полимерного материала, отличающийся тем, что формируют пакет из различной формы и размеров листов волокнистого полимерного материала по его периметру, затем проводят соединение всех листов волокнистого полимерного материала путем их спекания одновременно при температуре на 10-20°С ниже температуры плавления волокнистого полимерного материала и давлении 50-120 кгс/см2, после чего проводят охлаждение полученной полимерной пленки с пористой градиентной структурой под давлением 50-100 кгс/см2 до комнатной температуры при равномерном давлении по всей площади поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что градиент пористой структуры пленки с пористой градиентной структурой задается разностью давлений по площади пленки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество листов в пакете из листов волокнистого полимерного материла должно быть более четырех.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют листы волокнистого полимерного материала с толщиной волокон 0,01-50 мкм и плотностью 5-100 г/см2.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве волокнистого полимерного материала используется один из материалов, выбранный из группы: полиэфир, полисульфон, полиолефин, фторсодержащий полимерный материал.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон полимера с внедренными по поверхности частицами гидрофильного наполнителя для электролизеров воды с щелочным электролитом.
Изобретение относится к способу изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающему приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов с двух сторон диафрагмы.

Изобретение относится к мембранной технике. Многослойная композитная полимерная сильноосновная мембрана, включающая как минимум два полимерных слоя, первый слой, образующий подложку композитной мембраны, содержит четвертичные аммониевые основания с тремя алкильными заместителями у атома азота и поверхностный слой, содержащий ион-полимер с четвертичными аминами, бидентатно связанными с матрицей двумя связями C-N.

Изобретение относится к проницаемому для ионов армированному сепаратору. При этом сепаратор содержит по меньшей мере один сепарационный элемент и по существу полый обходной канал, прилегающий к указанному по меньшей мере одному сепарационному элементу, причем указанный по меньшей мере один сепарационный элемент содержит связующее и оксид или гидроксид металла, диспергированный в нем, и указанный сепарационный элемент характеризуется давлением выдавливания первого пузырька по меньшей мере 1 бар и сопротивлением при обратной промывке по меньшей мере 1 бар, причем давление выдавливания первого пузырька определяется с помощью ASTM E128 и ISO 4003.
Изобретение относится к способу изготовления полимерной ионообменной мембраны, которую применяют для разделения вещества с помощью электрохимических процессов, таких как электродиализ, электролиз, для получения электричества в гальванических батареях, в частности, для топливного элемента.

Изобретение относится к технологии получения композитных наномодифицированных мембран и может быть использовано при изготовлении мембранно-электродных блоков, применяемых в электрохимических устройствах, в том числе в электролизерах воды низкого и высокого давления, портативных электронных устройствах.
Настоящее изобретение относится к способу получения модифицированных перфторированных сульфокатионитных мембран. Описан способ получения модифицированных перфторированных сульфокатионитных мембран путем формирования высокомолекулярных протонпроводящих добавок в их транспортных каналах, отличающийся тем, что в мембране, предварительно выдержанной в полярном растворителе, выбранном из ряда: этиловый спирт, изопропиловый спирт, диметилформамид или диметилсульфооксид, проводят радикальную полимеризацию стирола в присутствии дивинилбензола в качестве сшивающего агента и 2,2-азо-бис-изобутиронитрила в качестве инициатора, а после проведения полимеризации проводят сульфирование сшитого полистирола, внедренного в мембрану.

Изобретение относится к технологии получения селективнопроницаемых ультрафильтрационных мембран на основе ацетатов целлюлозы и может быть использовано для задержания веществ в диапазоне молекулярных масс М=(2-10)×104Да из полидисперсных жидких смесей в пищевой промышленности при выделении сывороточных белков из вторичного сырья, пектинов из пектиносодержащих экстрактов, для концентрирования и очистки плодово-ягодных соков, пива, вина, питьевой и сточной вод.

Изобретение относится к способу получения проницаемого ионообменного материала, который может быть использован в качестве сырья для изготовления мембран, пленок, гранул и модифицирующих покрытий, обладающих ионообменными свойствами и способностью к быстрому переносу ионов.

Изобретение относится к процессам получения пористых пленочных материалов с размером пор микрометрового диапазона из алифатических сополиамидов. Способ включат получение раствора сополимера ε-капролактама и полигексаметиленадипинамида с соотношением компонентов 40:60-60:40 мас.% или сополимера полигексаметиленадипинамида и полигексаметиленсебацинамида с соотношением компонентов 60:40 мас.% концентрацией 10-30 мас.% при Т=50-70°C в спирто-водной смеси с содержанием этанола 45-97 об.%, фильтрацию раствора, его обезвоздушивание и подачу через щелевую фильеру на подложку, выдержку на воздухе сформованного раствора при Т=20-40°C в течение 30-150 сек, осаждение в воде при Т=20°C в течение 1-5 мин, сушку полученной пленки при Т=20-70°C.

Изобретение относится к этиленовому сополимеру. Описан этиленовый сополимер для получения продукта литьевого формования.

Изобретение относится к ленточному изделию из полиэтилена, к способу его изготовления, слоистому материалу, содержащему два или более направленных слоев ленточных изделий, и к ударопрочным материалам.

Изобретение относится к способам повышения предела прочности на растяжение полимерных пленок. Способ включает получение полимерной пленки, подвергнутой расширению в одной плоскости, создание элемента распределения нагрузки в полимерной пленке, приложение растягивающей нагрузки к полимерной пленке на элементе распределения нагрузки или вблизи него.

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию для получения термоусадочных пленок высокой прочности.

Изобретение относится к способу получения полимерного покрытия поверхности, в частности к покрытию пола. Способ включает стадии смешивания полимера на основе кислоты, агента нейтрализации и технологической добавки с получением полимерной композиции.

Расходный материал (34) для использования в экструзионной цифровой системе (10) изготовления имеет длину (36) и профиль (38) поперечного сечения, по меньшей мере участка длины (36), который является осеасимметричным.

В изобретении растягивающуюся пленку обрабатывают за счет пропускания полотна содержащей вещество для повышения клейкости, неблумированной тонкой полимерной пленки через нагревательное устройство, так что полотно нагревается до температуры, достаточной для того, чтобы вызвать блумирование вещества для повышения клейкости, до того, как полотно доходит до следующей стадии поточного процесса.

Ленточный ожижитель (38), содержащий внешний участок (66) ожижителя, выполненный с возможностью приема тепловой энергии от теплопроводного компонента (40), и канал (72), по меньшей мере частично определенный внешним участком (66) ожижителя.

Изобретение относится к области получения полиимидно-фторопластовых пленок с односторонним и/или двухсторонним фторопластовым покрытием. Состав для форсуночного напыления фторсодержащего полимера на полиимидную пленку представляет собой водную дисперсию фторсодержащего полимера, в которую введен 50-процентный водно-спиртовой раствор в соотношении 1:1.

Группа изобретений относится к способу и устройству для продольной ориентации термопластического пленочного материала (20). При этом образуется зона сужения перед зоной продольного растяжения (9, 10), в которой ширина пленки постепенно уменьшается таким образом, что обеспечивает продольное растяжение без поперечного сужения. Зона сужения включает, по меньшей мере, два ряда гофрированных роликов (7, 1), включающих зацепляющиеся выемки, или дисков для гофрировки материала. Нижние ролики (1) включают мини-ролик, который определяет следующие размеры: a) шаг гофрировки, измеряемый от середины выступа до середины соседнего выступа, составляет 20 мм или менее, b) отношение суммы расстояний от середины выступа до середины каждого соседнего выступа, измеряемых вдоль поверхности гофрированного ролика, к шагу гофрировки находится в интервале от 1,10 до 1,80, c) диаметр мини-ролика, измеряемый по выступам гофрировки, не более чем в 4 раза превышает указанный шаг. Предпочтительно, пара рядов мини-роликов расположена на противоположных сторонах пленки в креплениях с возвратно-поступательным движением, что обеспечивает поочередное обвитие пленки вокруг одного и затем другого мини-ролика. Данные способ и устройство обеспечивают технический результат - достижение высоких значений прочности на растяжение, предела текучести, сопротивления распространению разрыва и прочности на прокол, главным образом, для полиэтиленовых и полипропиленовых пленок. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх