Способ гидрофилизации изделий из полиолефинов Советский патент 1980 года по МПК C08J7/12 B05D3/10 

I

Изобретение касается переработки пластмасс, преимущественно полиолефинов, Оно может быть использовано в различных областях техники для придания поверхности изделий из полиолефинов сма- чиваемости: при склеивании, металлизации, поверхностном окрашивании и печатании.

Известен способ гидрофилизации изделий из полиолефинов; который наиболее близкий к изобретению как по назначению, так и по технологии ij . Способ включает:

а)активацию поверх юсти изделий органическими растворителями;- .

б)травление поверхности изделий путем погружения их на ЗО ми}1. в нагретый до 9О С раствор перманганата калия в серной кислоте следующего состава, в вес.%:

Кислота серная 73 Перманганат калия 4 Вода Остальное

в)промывку изделий проточной водой;

г)промывку изделий 1%-ным раствором щавелевой кислоты;

д)повторную промывку изделия проточной водой;

е)сушку изделия в течение 1 ч 8О°С.

Недостатками известного способа являются нестабильная смачиваемость поверхности изделий, а также снижение их механ1гческой прочности.

Нестабильная смачиваемость изделий заключается в том, что по истечении определенного времени (обычно 2-3 мес) после обработки, достигнутая известным способом смачиваемость уменьшается и становится равной смачиваемости исходных (не гидрофилиз1фованных) образцов, т. е. изделия из полиолефинов снова приобретают гидрофобные свойства.

Получение изделий с нестабильной смачиваемостью объясняются тем, что при о.кислении поверхности из полиолефтюв кислыми растворами перманганата калия конкурируют две реакции: а)взаимодействие пермаиганата калия с сорной кислотой; б)взаимодействие пермалгалата калия с поверхностью изделий. Скорость протекания первой реак1ши, как известно, значительно выше скорости протекания второй. Жесткий технологический режим способа-ирототила (высокая концентралия серной кислоты и высокая температура реакции) еще в большей степени ускоряет протекание первой реакции, в результате чего поверхность изделий из полиолефшюв окисляется неполностью. На поверхности изделий образуктгся лишь перекисные соединения, являющиеся первичными продуктами реакции окисления полиолефинов, придающие смачиваемость поверхности изделий. Однако перекисные соединения вследствие неустойчивости с времени восстанавливаются до исходных гидрофобных продуктов, в результате смачиваемость с течением времени уменьшается вплоть до первоначальной и поверхность изделия при обретает снова гидрофобные свойства. Снгокение механической прочности изделий объясня€ тся тем, что вследствие несовершенств технологии на поверхности изделий из попиолефинов всегда имекггмикродефекты (царапины, полосы, микротрешины и др.). Воздействие на поверхность изделий высококонцентрированной серной кислоты, применяемой по способу-прототипу, приводит к расклиниванию уже имеющихся на поверхности из делий микродефектов и к их развитию, в результате чего происходит деструкция матфиала и механическая прочность изделий снижается. Цель изобретения - стабилизация сма чиваемости поверхности изделий из поли- олефинов и повышение их механической прочности. Поставленная цель достигается тем, .что по способу гидрофилизации, включаю- травление изделий в кислом раство ре перманганата калия, травление осуществляют в кислом раствсре пермангана та калия, содержащем дополни1ельно 0,5 1 вес.% перекиси марганца или нитрата магния, в течение 5-10 мин при 657 , с последующей обработкой издели 1-5%-ным раствором 1,1,1-триметилол этана в 2-3%-ном водном растворе поли винилового спирта при 6О-7О С в течение 1-3 мин. Ввеценно в раствор для травления перекиси марганца или }штрата магния замедляет протекагше первой реакции (взаимодействие перманганата калия с серной кислотой), за счет чего скорость второй реак:ши (взаимодействие перманганата калия с поверхностью изделий) сюновится соизмеримой со скоростью протекания первой реакции. Это привод1гт к тому, что окисление поверхности полимера проходит более полно и на ней образуется большое кол1гчество перекисных соединений. Последующая обработка- изделий 1-5%-ным раствором 1,1,1-триметилолэтана в 2-3%-ном водном растворе ролиВШ1ИЛОВОГО спирта приводит к тому, что 1,1,1-триметилолэтан, имея- в составе 3 гидроксильные группы, вступает в реакцию с перекисными соединениями поверхности полимера, образует более устойчивые эфирные, сложно-эфирные и карбоксильные группь, которые, придавая смачиваемость поверхности изделия, с течением времени не претерпевают изменений и не восстанавливаются. В результате этого достигнутая смачиваемость поверхности изделий остается стабильной в течение длительного времени. Ускорение реакции окисления поверхности полимера позволяет снизить температуру реакции с 9О до65-75 С и время процесса с 30 до 10 мин, в результате чего обрабатываемые изделия контактируют с менее, концентрированной кислотой в течение более короткого времени и при более низкой температуре. Это приводит к образованию меньшего количества микродефектов на поверхности изделия и к меньшему развитию уже имевшихся микродефектов, что повышает механическую прочность изделий. Кроме того, поливиниловый спирт, играя роль носителя 1, 1,1триметилолэтана, взаимодействует с гидрофильной поверхностью изделия, проникая в имеющиеся на его поверхности микродефекты, и вызьшает их залечившше с одновременным склеиванием. Это обусловливает дополнительное повьш ение механической прочности обрабатываемых изделий. Списанные выше процессы обеспечивают стабильную в течение длительного времени смачиваемость изделий и значительное повышение прочности изделий. Кроме того, повышение скорости реакции окисления поверхности изделий из полиолефинов позволяет исключить операцию активации поверхности изделий об575работкой нх органическими растворителями, применяемую по известному способу. Способ осуществляют следующим образом, В водный раствор серной кислоты, состоящий из ЗО-32 вес,% серной кислоты и из 61-64,5 вес.% воды, нагретый до температуры 65-75- С, вводят 0,51 вес,%, перекиси марганца или нитрата магния. Смесь перемешивают до полного растворения введенного компонента. После этого в раствор добавляют 5-6 вес.% перманганйта калия, раствор перемешиваю и нагревают до температуры 65-7 5 С, В нагретый раствор погружают образцы изделий из полиолефинов и выдерживают их в растворе при указанной температуре Й-1О мин, перемешивая, и извлекают, Извлеченные изделия тщательно промывают водой, 1%-ным раствором щавелевой кислоты и снова водой. После этого готовят раствор 1,1,1-триметилолэтана в О водном растворе поливинилового спирта. Для этого 2-3 вес,% поливишшового спирта растворяют в 97-98 вес,% воды при температуре 60-70 С, Затем растворяют 1-5 вес.% 1,1,1-триметилслэтана в 9599 вес,% полученного раствора поливинилового спирта, раствор нагревают до 607О С и погружают промытые изделия из полиолефинов, выдерживают их в растворе 1-3 мин, при этой текшературе и извлекают. Извлеченные изделия промывают водой и сушат при 80 С в течение 1 ч Пример, Проводят гвдрофилизацию поверхности изделий из полиэтилена высокого давления марки 1О702-О2О ГОСТ 16337-70 и полипропилена марки О4П1О/О1О МРТУ 6-О5 - 11О5-67, Условия коадишюнирования образцов по ГОСТ 12423-66, Испытанные режимы приведены в табл, 1. Таблица

, Травление изде;шй Состав раствора, вес.°

юислота серная перман;ганат калия 1штрат магния

вода

Температура, С Вьщержка изделий, мкн , Обработка изделий раствором

1,1,1-триметилолзтана,

в 2-3%-ном водном растворе

ПОЛИВИШ1ЛОВОГО спирта

Состав водного раствора поливинилового сп1фта, пес,%: поливиниловый спирт

вода

Состав раствора 1,1,1триметилолэтана в растворе поливинилового спирта, вес,%: раствор поливинилового

спирта такой же, что и при обработке изделий

1,1,1-триметилолэтан Температура, С Время, мин

32 6

3

30 5,5 0,75

0,5

6 62,75 64,5

75

70 65 5

0 7,5

3

2,5

2 98

97 97,5

95

97

99

5

3

70 3

65 2

60

Смачиваемость поверхности изделий оценивают по изменению краевого угла смачивашш, определяемого по общепринятой лабораторной методике методом лежащей капли. Стабильность смачивания оценивают по изменению краевого угла смачивания в течение 1 года с интервала 1,3,6,9,12 мес.

Механическую прочность изделий оценивают по изменению следующих показателей: разрушающее напряжение при растяжении, по ГОСТ 11262-76; ударная вязкость по ГОСТ 4647-69.

Одновременно проводят гидрофилизацию изделий из полиэтилена и полипропилена тех же марок по известному способу. Травление ведут по нижнему (режим 1), среднему (режим 2) и верхнему (режим З пределам параметров осуществления способа. Стабильность смачивания и меха- Примечание: первая цифра ,.собу вторая 12О13О

ь,

Ш1ческую П)очпость оцешшают по тем же показателям, что и по предлагаемому способу.

Сравнительные aanfCbie испытаний изделий из полиэтилена и полипропилена по известному и предлагаемым способам приведены в табл. 2 и 3.

П р и м е р 2. Проводят гидрофилизацию поверхности изделий из полиэтилен и полипропилена тех же марок, что и в примере 1. Вместо нитрата мапшя в раст вор для гидрофилизадии вводят перекись марганца в тех же весовых соотношениях. Остальные условия-кондиционирование образцов, режимы обработки и методы испытания те же, что и в примере 1.

Сравнительные данные об испытаниях изделий из полиэтилена и полипропилена по известному и предлагаемох-гу способам приведены в табл. 2 и 3.

Таблица2

Полизтилен

00

88

1ОО

88 10О 100 40

142 134 140 14О

2,4

: 4,1

2,2

2,4

2,2

4,4 данные, полученные по известному спопо предлагаемому способу. ТаблицаЗ