Способ гидрофилизации изделий из полиолефинов

 

(72) Авторы изобретения

В. Л; Авраменко и С. Б. Павлнй

Харьковский ордена Ленина политехнический институт имени В.И. Ленина (76) Заявитель (54) СПОСОБ ГИДРОФИЛИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПОЛИОЛЕФИНОВ

Изобретение относится к области переработки пластмасс, преимущественно полиолефинов, и может быль использовано в различных облас-. тях техники для придания поверхности иэделий из полиолефинов смачиваемостн и полярности б при склеивании, металлизации, поверхностном окрашивании и печатании. . Большинство пластмасс являются гидрофобными (не смачивающимися водой материалами). Тидрофобность полиолефинов (полнэтилен, по1О липропилен) объясняется тем, что указанные

Материалы являются неполярными, поэтому склеивание, металлизация, поверхностное окрашивание и печатание на этих пластмассах невозможно без повышения смачиваемости и адгезии

t5 поверхностных слоев изделий.

В настоящее время для повьпйення смачи- ваемости и адгезии поверхностного слоя изделий иэ полиолефинов осуществляют различные технологические процессы, называемые гидрофи лизацией, которые направлены на придание полярности поверхностному слою, полимера (окисление, введение полярных функциональных групп и др).

Известны способы гидрофилизации поверхности изделий из пластмасс: .— путем обработки поверхности изделий нз пластмасс пламенем щелевой газовой горелки. Охлаждая холодным валком одну из поверхностей изделия, проводят обработку другой поверхности пламенем (1); — путем обработки поверхности изделий из полиолефинов ускоренными электронами или электрическим разрядом. высокого напряжения. Изделия пропускают s зазор между металлическими валками, куда подается облучеwe дозой 0;02 ма/см или высокое напряжение (8000 В) при такой продолжительности воздействия, чтобы произведение напряжения на время действия разряда было более 4500 В.с, (2) — путем обработки поверхности изделий химическими реагентами — трнхлорэтиленом, ацетоном или метилэтилкетоном (31.

Указанные выше способы позволяют повысить смачнваемость и адгеэию поверхностного слоя изделия, однако обработка лламслем газовой горелки мало распространена иэ-эа трудности контроля процесса обработки. Способ (21

3 71 требует специального дорогостоящего оборудования, трудно управляем, опасен в обслуживании, причем если изделия долго обрабатывать этим способом, то адгезия может не улучшиться, а ухудшйться. Способ "обработкй изделии химическими реагентами позволяет повысить смачиваемость и адгеэию поверхностного слоя изделия, однако реализация этого способа всегда сопряжена со снижением механической проч-. ности изделий, т.к. конечной целью этого способа является создание на поверхности иэделий микротрещин.

Известен также способ гидрофилизации поверхности изделий их полиолефинов t4), который является наиболее близким к предлагаемому, как по технической сущности, так и по достигаемому эффекту. Способ-прототйУ% йо- -" " чает обезжиривание йовсрхйости изделий- из . полиолефинов ацетоном, метилэтилкетонОй или ксилолом, травление поверхнбстй из11елйя riyтем ногружения его на 2-3 мин. в нагретый до

65-71 С раствор хромовой смеси, состоящей иэ 15 вес.ч. бихромата натрия и 250 вес.ч. койцентрированной серной кйслоты в 25 вес,ч.: дистиллированной в оды, okomateльную промывку изделия дМстиллщ ованной водой и сушку его в течение 15-30 мин. при 43-49 С.

Недостатками известного способа являются:

" — низйие сМачиваемость и адгез и "поверхности изделия; — снйжение механйческой прочностй обрабатываемого юделия.

Нйзкие смачйваемость и- адгезйг поверхности объясняются тем, что на поверхности изде- лия из полиолефинов образуется небольшое

" количбстйо полярных rpyan,"й "связи с чем в известном способе предлагается добавлять в.. серйуж и слоф xJiopàòû" èëè-"пфоизводйть до- полйительную обработку юделия в растворе ам M%BC

Снижение механической прочности изделия обьяснэгется тем,"что хромовая "смесь = сййьйо деструктирует поверхность изделий из полЫолефинов и обйчйо приводйт к "растворению аморфной части материала, образуя на поверх ности изделия глубокие трещины.

Целью предлагаемого изобретбйия является повЪш1еййе=сйа4иваемости и- адгезии поверхности изделий из полиолефинов. Поставленная цель достигается тем, что в способе гидрофили. зации изделий из полиолефинов, включающем травлейие изделия в хромовой смеси, промывку

= его..Ì Сувалку; травление осуществляют в течение 60-70 с при 58-64 С с последующей обработкой поверхности изделия 10-15%-ным водным раствором сложного эфира Р-глюкозы, например, пента-мета-дигаллоил-Р-глюкозы при температуре 80-90 С в течение 1-3 мин.

7095

15 лярных групп пента-мета-дигаллоил-P-глюкозы

g0 Повышейие концентрации полярных груйп на

25 сью (время контакта с агрессивной хромовой смесью снижено в 2-3 раза, температура сниже ь на на 7-13 С по сравнению с известным спо30" хранение исходного уровня механической прочности изделия.

Обработка поверхности юделия хромовой

"смесью вызывает незначительную степень окис1 ления поверхности с образованием полярных групп. Последующая обработка поверхности изделия раствором пента-мета-дигаллоил-Р-глюкозы, имеющей в своем составе значительное количество полярных групп, обеспечивает про текание хемосорбционных процессов эа счет взаимодействия полярных групп поверхности изделия с полярными группами пента-мета-дигаллоил-Р-глюкозы, в результате чего на поверхности изделия образуется пленка, состоящая иэ мблекул пента-мета-дигаллоил-Р-глюкозы, связанная адсорбционными силами и водородными связями с полярными группами поверхности, Смачиваемость поверхности иэделия при этом повышается эа счет присутствия на поверхцостй изделия значительного количества по. поверхности йзделия вызывает повышение адгезии поверхцости изделия.

С друтой стороны, предлагаемый режйм травления поверхности изделия хромовой смесобом) вызывает незначительную степень окисления пбверхности изделия, обеспечивая соности изделия, т.к. деструктивные процессы и образованйе микротрещин при предлагаемом режиме травления исключаются.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что поФьппение смячиваемости и адгеэии поверхности изделий достигается не за счет ее деструктивно;

ro окисления, а за счет физико-химического взаимодействия слабо окисленной поверхности с веществом, имеющем в своем составе большое количество полярных групп, способных обраэбвывать водородную связь с полярными группами поверхности иэделия с образованием гидрофильйой пленки и удерживаться на ней за счет адсорбционных сил, и представляет собой не деструктивный процесс окисления, асорбционный процесс, в результате которого достигается высокая смачиваемость поверхности и ее адгеэия без снижения механической прочПример 1. Ъс водили гидрофилизацию поверхности изделий из полипропилена марки

ОЗП10/003 МРТУ 6-05-1105-67. Условия кондиционированим образцов по ГОСТ 12423-66. Состав хромовой смеси, вес.ч.:

Бихромат калия, К2сг О., 6,5

Кислота серная плотностью p= 1;84 г/см 93,5

5 . 71709

Время обработки изделия в хромовой сме- си 65 с., температура хромовой смеси 63 С;

Состав раствора пента-мета-дигаллоил+глюкозы, вес,ч; . Пента-мета-дигаллоил-р-глюкоза 10 — 15

Вода ° 85 — 90

Температура раствора пента-мета-дигаллоил-р-глюкозы 85 С, время выдержки изделия в растворе 3 мин.

Смачиваемость поверхности изделий оценива- 10 ли по изменению краевого угла смачивания, определяемого по общепринятой лабораторной методике методом лежащей капли.

Определение количества гидрофильных (полярных) функциональных групп, находпцихСя на поверхности изделия, проводийи цо следую- . щей методике: обработанные образцы жн ружали в водный раствор метиленового синего. После тщательной промывки водой краситель, присоединенный к поверхности„удаляли обработкЖ спиртовым panhopoM хлористого водорода и спектрофотометрировании,Оптическая плотность

Показатели с

Пример 1

Пример 2 еизвестпособ щждлагаемый способ известный способ предлагаемый способ i

Краевой угол смачно вания, 61

8Z 89 73

Количество гидрофнльных (полярных) групп на поверхности иэделия, г/л

0,204

0 018 0 014 0,046 0,292

0,039

Адгезия, кгс/см

65

124

16,0 1 1,4 104

Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см

409 148 346

114

Ударная вязкость, кгс.см/ем

7,0

Л

Сравнительные данные испытаний иэделий из полиэтилена по известному. и предлагаемому способам сведены в таблицу, Из данных, приведенных в таблице, видно, что смачиваемость, адгеэия поверхности изделий иэ полиолефинов, полученных по предлагаемому способу, значительно выше тех же показателей у изделий, полученных по иэиестному способу, 1

Пример 2, Проводили,гидрофилизадию поверхности изделий нэ юлиэтилена низкой плотности марки 10203-003 ГОСТ 16337-70.

Условия кондиционирования образцов по

ГОСТ 12423-66.

Условия гидрофилнзацин поверхности изде- лий из полиэтилена н условия испытания те же, что и в примере 1.

5 6 при 666 нм в этих условиях определяет количество связанного красителя (количество полярных функциональных групп) .

Адгезию поверхности изделий -оценивали по, разрушающему напряжению при равномерном отрыве по ГОСТ 14760-69.

Механическую прочность изделий оценивали . по изменению следующих показателей:

Разрушающего напряжения при растяжении по ГОСТ 11262-76.

Ударной вязкости по ГОСТ 4647-69.

Одновременно проводили гидрофилиэацию изделий из полипропилена той же марки по известному способу. Смачиваемость, количество полярных функциональных групп на поверхности иэделия, адгезию поверхности и механическую прочность изделий оценивали по тем же показателям, что и в предлагаемом способе.

Сравнительнь1е данные испытаний изделий из полипропилена по известному и предлагаемому способам сведены в таблицу.

Гидрофилизированные. изделия

717095

Составитель Л. Ягодкина

Техред И.Асталош : Корректор В. Синицкая.!

Редактор Е. Минаева

Заказ 9755/31 Тираж 549 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва:, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул Проектная, 4

При этом механическая прочность изделий, полученных по предлагаемому способу, сохраняется на уровне исходных образцов (далее имеет тенденцию к повышению), в то время как у изделий, полученных по известному способу, она снижается по сравнению с исходными по1 казателями.

Использование предлагаемого способа гидрофилизации изделий из полиолефинов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: . — значительное (в среднем на 23-40 С) снижение краевого угла смачивания поверхность изделий, что способствует повышению смачивае.мбсти изделий: — повьппение на 11-20 кг/см" адгезии поверхности изделий за счет увеличения количест. ва полярных групп на поверхности изделий;. — иадежное сохранение уровня свойств без спин ения механической прочности изделий, что обусмвливает повышение качества и долговечности изделий, Повышвние долговечности изделий, как извесню, влечет сокращение расхода пластмасс на конкретное изделие на величину, равную проценгу повьппения этои характеристи. ки; — повышение производительности труда за счет снижения трудоемкости процесса и его длителтности, т.к. в предлагаемом способе полностью устраняется операция обезжиривания и сокращается время травления в 2-3 раза;

/ — устранение операции обезжиривания иэделий высокотоксичными органическими растворителями улучшает условия труда и обеспечивает взрывопожаробезопасность; — реализация способа не требует применения сложного и специального оборудования, и возможна в условиях любого производства.

le Формула изобретения

Способ пщрофилизации изделий из полиоле финов, включающий травление их в хромовой смеси, промывку и сушку, о т л и ч а ю15 шийся тем, что, с целью повьппения смачиваемости и адгезии поверхности иэделий, травление осуществляют в течение 60-70 с. при 58-64 С с юследующей обработкой поверхности изделия 10-50 -ным водным раствором

20 сложного эфира Р-глюкозы при 80-90 t. s ze- чение 1-3 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Такахаси Г. Плевки иэ полимеров. Л., 25 1 химия" 1971 с 98

2. Патент Швейцарии У 527872, кл. С 08 J 1/50, опублик. 1976.

3. Патент США Й 3647512, кл. В 44 0 1/092, опублик. 1976.

4. Кейгл Ч. Клеевые соединения. М., "Мир", 1971, с.128 (прототип).