CC BY
60
УДК 655.3
Гидрофобизация поверхности полимерных запечатываемых материалов
М.А. Савельев, А.М. Зуева, Г.Н. Журавлева
Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550, Москва, ул. Прянишникова,2А e-mail: nutka 15@mail.ru
В технологии каплеструйной печати по невпитывающим поверхностям критерием качества передачи изображения является определенное соотношение поверхностного натяжения краски и запечатываемой поверхности. В случае применения пленок из полиолефинов и полиэфиров, к которым относятся полиэтилен, полипропилен и поли-этилентерефталат, значение поверхностного натяжения находится в диапазоне 28-42мН/м [1]. Печать водоразбавляемыми красками по таким поверхностям проблематична, ввиду малой смачиваемости. Как правило, печать по таким материалам осуществляется с использованием сольвентных чернил (сольвентных красок), содержащих растворители недостаточно хорошо смачивающие пленки из полиолефинов и полиэфиров. Для обеспечения высокого качества печати необходимо, чтобы поверхностное натяжение пленочных материалов было выше поверхностного натяжения жидкости (печатной краски) на 7-10 мН/м [2]. Не во всех случаях это соотношение соблюдается.
Цель работы - разработка приемов модифицирования поверхности путем обработки или травления растворителями и выработки критериев для оценки эффективности этих приемов.
С целью определения угла смачивания жидкостями изготовили комбинированный электронно-оптический стенд для исследования динамики растекания жидкости по поверхности, в котором профиль капли жидкости, нанесенной на исследуемую поверхность полимерной пленки, проецируется на монитор компьютера.
В качестве растворителей для обработки полимерных пленок были использованы жидкости, наиболее совместимые с используемыми полимерами. К таким растворителям относятся: стирол, толуол и гептан. [3]
145
Воздействие жидкости на полимерную пленку оценивали весовым методом по изменению массы образца. На рис. 1 показана зависимость набухания пленки в разных растворителях от времени. Растворитель наиболее интенсивно проникает в первые 10 минут и затем процесс существенно замедляется, поэтому время набухания взяли 45 минут.
Рис. 1. Зависимость степени набухания пленки полипропилена от времени (t): 1 — толуол (а = -0.013t2 + 1.453t - 1.267; R2 = 0.92);
2 — праймер Poligrip PP(R2 = 0.99); 3 — стирол (R2 = 0.81)
Для нас наибольшее значение имеет не кинетика сорбции, а кинетика десорбции — скорость и интенсивность выхода низкомолекулярной жидкости из поверхности полимерной пленки.
Рис. 2. Десорбция летучих растворителей из полипропиленовой пленки:
1 — стирол lna = -0,2397t + 5,9945 R2 = 0,97;
2 — гептан lna = -0,2155t + 5,2095 R2 = 0,96;
3 — толуол lna = -0,3516t + 6,0137 R2 = 0,92
146
Рис. 3. Десорбция летучих растворителей из пленки полиэтилентерефталата: 1 — стирол Ina = ~0,4357t + 7,5563 R2 = 0,89; 2 — толуол lna = -0,5366t + 9,036 R2 = 0,98
На рис. 2 и 3 показана кинетика десорбции жидкостей из полимерных пленок при 20?С. Из работы [4] известно, что кинетика десорбции подчиняется экспоненциальному закону, и наиболее подходящей функцией, описывающей процесс десорбции, является экспонента. Поэтому графики представлены в координатах: lna = f(t), (где a — степень набухания, t — время.). Видно, что совпадение теоретических значений и экспериментальных достаточно высоко (R2 ~ 0.94). Для количественной характеристики скорости десорбции нами было предложено два показателя: это время выхода 50% и 75% растворителя из полимера — t05 и t075.
Таблица 1
Время выхода (t05 и t0 75) растворителя из полимерных пленок
Полимерная Растворитель Время, мин
пленка t0.5 t0.75
ПЭТФ Толуол 8.8 13.2
Стирол 9.2 14.3
Гептан 11.2 17.1
ПП Толуол 8.4 13
Стирол 13.4 19.1
147
Из табл. 1 видно, что наиболее интенсивно выходит из пленок толуол, наименее интенсивно - стирол.
На рис. 4 и 5 представлены зависимости влияния остаточной доли растворителя на краевой угол смачивания.
Рис. 5. Зависимость угла смачивания от остаточной доли растворителя в полипропиленовой пленке: 1 — стирол, 2 — толуол, 3 — гептан
Кривые имеют ярко выраженный экстремальный характер. В случае с пленкой из полиэтилентерефталата, если угол смачивания чистой пленки ~40 градусов, то после насыщения ее до 5% и более растворителем угол значительно увеличивается. В случае с полипропиленовой пленкой угол смачивания после насыщения также увеличивается.
148
Для анализа мы использовали дистиллированную воду, поэтому увеличение угла смачивания говорит о резкой гидрофобизации поверхности, которая способствует наибольшему смачиванию этой поверхности гидрофобными жидкостями, к которым относятся многие растворители красок (Бутилацетат: поверхностное натяжение 23 мН/м; Ацетон: поверхностное натяжение 23,7 мН/м).
Для подтверждения возможности увеличения адгезионной прочности слоев водоразбавляемых красок к полимерным пленкам, обработанным растворителями [5] испытывали отпечатки, нанесенные трафаретным способом печати, по методике, описанной в [6]. Для активации поверхности полипропилена мы использовали толуол, стирол. Видно, что значение адгезии красочного слоя к полипропилену с использованием стирола значительно возрастает (табл. 2).
Таблица 2
Адгезия трафаретных красок к полипропиленовым пленкам
Образец полипропилена Торговая марка и тип краски Напряжение при отрыве слоя краски, 104н/м2
Без обработки Обработка
толуолом стиролом
Неориентированная пленка полипропилена - 4.3 ± 1.6 - -
ТехПас MONO AF (водная) 4.7 ± 1.1 - 10.8 ± 1.8
85 ondaflute (сольвентная) 8.74± 1.3 25.0 ± 5.1 42.9 ± 3.0
Из анализа данных, представленных в табл. 2, следует, что адгезионная прочность слоев водоразбавляемых красок к полимерным пленкам, обработанным растворителями, существенно повышается.
Таким образом, из проделанной работы можно сделать следующие выводы.
1. Предложена и освоена методика оценки модификации поверхностных свойств полимерных пленок путем обработки растворителями.
2. Предложены характеристика оценки кинетики десорбции.
3. Установлен экстремальный характер графиков зависимости угла смачивания от остаточной доли растворителя в полимере.
4. Адгезия красок к полипропилену определяется сродством жидких компонентов, входящих в их состав. Проведено экспериментальное исследование сорбции растворителей к полипропиленовой пленке. Показано, что, при использовании в качестве растворителя стирола, адгезия увеличивается как в наибольшей степени при печати сольвентны-ми красками.
149
Библиографический список
1. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М., «Химия», 1977. - 352 с.
2. КондратовА.П, Утехин А.Н, Боровиков П.С. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела.- 2013. - № 4. - С. 34-44.
3. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. - 4-е изд. перераб. и доп. М.: Научный мир, 2007. - 573 с.
4. Дедов А.В., НазаровВ.Г. // Пластические массы. - 2012. -№ 1. - С. 31-37.
5. КондратовА.П., Журавлева ГН, КомароваЛ.Ю. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2015. - № 1. - С. 20-26.
6. Дрыга М.А, Митряшкин А.П. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011. -№ 2. - С. 60-67.
150
