Способ гидрофилизации изделий из полиолефинов Советский патент 1980 года по МПК C08J7/14 

,1 . . Изобретенне относится к области переработки пластмасс, преилчЩественно полиолефинов, и может быть использовано в различных областях техники для придания поверхности иэдёлхю из полиолефинов смачиваемости и шлярности при склеивании, металлизации, поверхностном окрашивании и печатании. Большинство пластмасс являются гидрофобными (не смачивающимися водой материалами) Тидрофобность полиолефииов (полиэтилен, полипропилен) объясняется тем, что указанные Материалы являются неполярными, поэтому склеивание, металлизация, поверхностное окрашивание и печатание на зтих пластмассах невозможно без повьпнешш смачиваемости и адгезии поверхностных слоев изделий. В настоящее время для повьШ1ения сма ваемости и адгезии поверхностного слоя изделий из полиолефинов осуществляют различные технологические процессы, назьшаемые гидрофилизацией, которые направлены на придание полярности поверхностному слою. полимера (окисление, введение полярных функциональш rgymi и др). Известнь способы гищюфйлизации поверхности изделий из пластмасс: .- путем обработки поверхности изделий из пластмасс пламенем щелевой газовой горелки. Охлаждая холодным валком одну из поверхностей изделия, проводят обработку другой поверхности пламенем -путем обработки поверхности изделий из полиолефинов ускоренными злектронами или злектрическим разрядомвысокого напряжения. Изделия пропускают в зазор между металлическими валками, куда подается облучение 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. -путем обработки поверхности изделий химическими реагентами - трихлорэтиленом, ацетоном или метилзтилкетоном 3. Указанные вьпие способы позволяют повь1сить смачиваемость и адгезию поверхностного слоя изделия, однако обработка гтамсием газовой горелки мало распространена из-за трудности контроля процесса обработки. Способ 21 3 ;7 требует специального дорогостоящего оборудования, трудно управляем, опасен в обслуживаНИН, причем если изделия долго обрабатьшать этим способом, то адгезия может не улучшить ся, а ухудашться. Способ обработйй изделий химическими реагентами позволяет повысить смаадтаёмость и адгезию поверхностного слоя изделия, однако реализация этого cnp9p6j, всегда сопряжена со снижением механической проч ности изделий, т.к. конечной целью этого способа является создание на поверхности изделий мИкротрёщин. Изв1встен также способ гидрофилизации поверхности изделий их полиОлефинов (4, кото рьш является наиболее близким к предлагаемому, как по технической сущности, так и по достигаемому эффекту. Спосо чтр га Кяючает обезжиривание пов хности изделий из полиолефинов ацетоном, метилэтилкетонйТй или ксилолом, травление поверхности изделия путем погружения его на 2-3 мин. в нагретый до 65-71°С раствор хромовой смеси, состоящей из 15 вес .4. бихромата натрия и 250 вес.ч. ко1щентрированной серной кислоты в 25 вес.ч. дистиллированной воды, окончательна промьшку изделия дастиллированной водой и сушку его в течение 15-30 мин. при 43-49 С. Недостатками известного способа являются: - низкие смачиваемость и адгезии ности изделия; - снижение (Механической прочности обрабатьшаемого изделия. Низкие смачиваемость и адгезия поверхности объясняются тем, что на тюверхности изделия из полиолефинов образуется небольшое количество полярный fjpynn:, 6 свйзи с чем в известном способе предлагается добавлять В серну1д кид1оту хлораты или тфбизвбдагь дополнительную обработку изделия в растворе аммиака. - . Снижение механической прочности изделия объястЪтЪя тем, что зфбМойая смёс ЪйЛьйо деструктирует поверхность изделий из полиолефинов и обычйо привЪдит к растворению аморфной части материала, образуя на Поверх ности изделия глубокие трёпдань. Целью предлагаемого изобрё ёйИМ ТййЛяется тШЕ1шШ1г1ййШйа1шстгй й ности изделий из полиолефинов. Постаййёййя цель достигается тем, что в способе гидрофили защга изделий из полиолефинов, вкдюча ощем травление изделия в храмовой смеси, 1фОмьшк - ёгсПГеуйпсу, тра вление осуществляют в течение 60-70 с при 58-64°С с последующей обработкрй поверхности изделия 10-15%-яым водным раствором сложного эфира -глюкозы, например, пеига-мета-дигаллоил-(3-глюкозы при температуре 80-9,p°Cg течение 1-3 мин. Обработка поверхности изделия хромовой смесью вызьгеает незначительную степень окисч ления поверхности с образованием полярных групп. Последующая обработка поверхности изделия раствором пеита-мета-дигаллоил-Д-глюкозы, имеющей в своем составе значительное количество полярных групп, обеспечивает прО текание хемосорбционных процессов за счет взаимодействия полярных групп поверхности изделия с полярными грунтами пента-мета-дигаллоил-|3-глюкозы, в результате чего на поверзшостИ изделия образуется пленка, состоящая из молекул пента-мета-дигаллоил-|3-глюкозы, связанная адсорбционными силами и водородными связями с полярными группами поверхности. СмзЕЧиваемость поверхности изделия при этом повыщается за счет присутствия на поверхности изделия значительного количества полярных групп пента-мета-дигаллоил-|3-глюкозы. . Повь1шекие концентрации полярных rpyiin на пове|)хностй изделия вь зьтает повышение адгезии поверхности изделия. С другой стороны, предлагаемый режИм травления поверхности изделия хромовой смесью (время контакта с агрессивной хромовой смесью снижено в 2-3 раза, температура сниже на на 7-13° С по сравнению с известным способом) вызывает незначительную степень окисЯешя пойерхности изделия, обеспечивая сохранение исходного уровня механической прочности изделия, TJK. деструктивные процессы и образование микротрещин при предлагаемом режиме травления исключаются. Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что пойьпиение смачиваемости и адгезии поверхности изделий достигается не за счет ее деструтсгавно,го окисления, а за счет физико-химического взаимодействия слабо окисленной поверхности с веществом, имеющем в своем составе большое количество полярных групп, способных обраЗоёЫВать водородную связь с полярными группами поверхности изделия с образованием гидрофильной пленки и удерживаться на ней за счет адсорбционных сил, и представляет собой не деструктивный процесс окисления, а сорбционный процесс, в результате которого достигается высокая смачиваемость поверхности и ее адгезия без снижения механической прочности изделия. Пример 1. Пппводили гидрофилизацию ; поверхности изделий из полипропилена марки РЗПЮ/СЮЗ МРТУ 6-05-1105-67. Условия кондиционирования образцов по ГОСТ 12423-66. Сос-. тав хромовой смеси, вес.ч.: Бихромат калия, KjCriO 6,5 , Кислота серная плотностью р 1,84 ,5

Время обработки изделия в хромовой емеси 65 с., температура хромовой смеси бЗС.

Состав раствора пента-мета-дигаллоил-0-гПюкозы, вес.ч;

Пента-мета-деталлоил- -глюкоза 10 - 15

Вода85 - 90

Температура раствора пенга-мета-дигаляоил-(3-глюкозы 85°С, вревля выдержки изделия в растворе 3 мин.

Смачиваемость поверхности изделий оценива ли по изменению краевого угла смачивания, определяемого по общепринятой лабораторной методике методом лежащей кашгаЛ

Определение количества гищюфильных (полярных) функцисжадьных групп, находящих на поверхноста изделия, гфоводияи по еле) щей методике: обработаниью образцы ш в водный раствор метилешврго сткто. ПосЯе тщательной тфомывки водой краситель, 1фНСЁ«единенный к поверхности,, удаляли обработко)0 спиртовым раствором зргористого водорода вг спектрофотометрировании.,0тическ9я плотнрста

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

Адгезию поверхности изделий гЬпенивали по разрушающему напряжению при равномерном отрьше по ГОСТ 14760-69.

Механическую прочность изделий оценивали по изменению с;ледующих показателей:

Разрушающего напряжения при растяжении по ГОСТ 11262-76.

Ударной вязкости по ГОСТ 4647-69.

Одновременно проводили пздрофнлизашпо изделий из полипропилена той же марки по известному способу. Смачиваемость, количество полярных функциональных групп на тжерхжюти изделия, адгезию роверхности иг механичес кую прочность изделий оценивали по тем же показателям, что и в 15)едлагаемоМ способе.

Сравнительные даннь1е испытаний изделий из полйпрсэпнлеяа по; известному и предлагаемому способам сведены в таблицу.

Краевой угол смачивания, ° Количество гидрофильных (полярных) групп на поверхности 0,018 0,014 изделия, г/л

Адгезия, кгс/см

16,0 IM

1 зрущающее напряжение при растяжении, кгс/см

Ударная вязкость, кгслм/см

53 Пример 2. Проводили .пифофшшзед поверхности изделий из полиэтилена низкой плотности марки 10203-003 ГОСТ 16337- 0. Условия кондиционирования образцов по ГОСТ 12423-66. Условия гидрофилизации поверхности нзде лий из полиэтилена и условия испытания те же, что и в примере 1.

74

65

124

104

146

114

469

346

7,6

7,0 0,046 Сравнительные данные испытаний нзделий из полиэтилена по известному- и предлагаемому способам сведены в таблицу. НЬ данных, приведенных в таблице, видно, (ЧТО смачиваемость, адгезия поверхности изделий из полиолефннов, полученных по предлагаемому способу, значительно вьпие тех же показателей у изделий, полученных по HiBecTiioNfy способу. 7 /717 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, полученньрс по известному способу, она снижается по сравнению с исходными шказателями.. Использование йредлагаемого способа гидрофилизации изделий из полиолефишв обеспечивает по сравнению с существунщщми способами следующие преимущества: -значитетное (в среднем на 23-40 С) снижение краевого угла смачивания поверхноси изделий, что способствует повышению смачивае.мости изделий; -повышение ва 11-20 кг/см адгёмш поверхности изделий за счет увели {ения количества поля{Я ых групп tm шжерхшстн изделий; -надежное сохранение уровня свойств без ciQOifeito механической прочности изделий, что обусшвтшает швьщхешсе качества и яоптовечшсти изделий. ТЬвыпкние долговечности изделий, Kak известно, влечет сокращение расхода пластмасс на конкретное изделие на величину, равную проценту повьшюния зтой характеристик ки; .. ; ./ .,.,-; -повышение производительности труда за счет снижения трудоемкости процесса и его рритёльйестй, т.к. в 1федлагаемом способе полнэстью устраняется операция обезж1фивания и сокращается время тргйвления в 2-;3 раза; - устранение операции обезжиривания изделий высокотоксичными органическими растворителями улучшает условия труда и обеспечивает взрывопожаробезопаснрстъ; - реализация способа не требует тфименения сложного и специального обс удовашш, и возможна & условиях любого производства. Формула изобретения Способ гидрофилизации изделий из полиоле финов, включающий травление их в хромовой смеси, промывку и сушку, отличающ и и с я тем, что, с целью повьшения смачиваемости и адгезии поверхности изделий, травление осуществляют в течение 60-70 с. при 58-64°С с последующей обработкой поверхности изделия 10-50%-ным водным раствором сложного 0-глюкозы при i80-90 C в течение 1-3 мин. Источники информации, принятые во внимание щк экспертизе 1.Та1|:ахцсй Г. Пленки т полимеров. Л., Химия, i971, С.98. 2.Патент Ийейцарии № 527872, кл. С 08 J 1/50, опубшпс. 1976. 3.Патент США N 3647512, кл. В 44 D 1/092, опублик- 1976. 4.Кейгл Ч. Клеевые соединения. М., , 1971, С.128 (прототип).