Гидрофобизация поверхности полимерных запечатываемых материалов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ПУБЛИКАЦИИ СТУДЕНТОВ

Подсекция «Материаловедение»,

научный руководитель Кондратов А.П., д.т.н., профессор

УДК 655.33

Гидрофобизация

поверхности

полимерных

запечатываемых

материалов

А.М. Зуева

Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550, Москва, ул. Прянишникова,2А e-mail: nutka [email protected]

Рассматриваются возможности изменения смачиваемости полимерных пленок красками, содержащими гидрофобные органические связующие, закрепление которых на невпитывающих поверхностях создает проблемы при печати. Приводятся результаты экспериментальной оценки краевого угла смачивания пленок полипропилена и полиэтилентерефтала-та водой до и после обработки летучими растворителями.

Ключевые слова: десорбция, смачивание, адгезия красок, полипропилен, полиэтилентерефталат, краевой угол.

В технологии каплеструйной печати по невпитывающим поверхностям критерием качества передачи изображения является определенное соотношение поверхностного натяжения краски и запечатываемой поверхности. В случае пленок из полиолефинов и полиэфиров, к которым относятся полиэтилен, полипропилен и полиэтилентерефталат, значение поверхностного натяжения находится в диапазоне 28-

13

42 мН/м [1]. Печать водорастворимыми красками по таким поверхностям проблематична ввиду малой смачиваемости. Как правило, печать по таким материалам осуществляется с использование 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 модифицировании 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].

Воздействие жидкости на полимерную пленку мы 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, затем процесс существенно замедляется, поэтому время набухания мы взяли 45 минут.

Рис. 1. Зависимость степени набухания пленки полипропилена от времени (t):

1 - толуол (а = -0,013t + 1,453t- 1,267; R = 0,92);

2 — праймер Poligrip PP (R = 0,99); 3 — стирол (R = 0,81)

14

Для нас наибольшее значение имеет не кинетика сорбции, а кинетика десорбции - скорость и интенсивность выхода низкомолекулярной жидкости из поверхности полимерной пленки.

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 подходя-

Рис. 2. Десорбция летучих растворителей из полипропиленовой пленки:

1 - стирол ina = -0,2397?+ 5,9945R = 0,97;

2 - гептан ina = -0,2155? + 5,2095R = 0,96;

3 - толуол ina = -0,3516?+ 6,0137R = 0,92

Рис. 3. Десорбция летучих растворителей из пленки полиэтилентерефталата: 1 — стирол ina = -0,4357?+ 7,5563R = 0,89; 2 — толуол ina = -0,5366?+ 9,036R = 0,98

15

щей функцией, описывающей процесс десорбции, является экспонента. Поэтому графики представлены в координатах: lna = fit), (где a - степень набухания, t— время). Видно, что совпадение теоретических и экспериментальных значений достаточно высоко (R2 ~ 0,94). Для количественной характеристики скорости десорбции нами были предложены два показателя: время выхода 50% и 75% растворителя из полимера — t0,5 и t075 (табл. 1).

Таблица 1

Время выхода (Ш,5и t0,75) растворителя из полимерных пленок

Полимерная Растворитель Время, мин

пленка Т0,5 Т0,75

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

Из таблицы видно, что наиболее интенсивно выходит из пленок толуол, наименее интенсивно — стирол.

На рис. 4-5 представлены зависимости влияния остаточной доли растворителя на краевой угол смачивания.

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.

Рис. 4. Зависимость угла смачивания от остаточной доли растворителя в полимерной пленке ПЭТФ: 1 — стирол, 2 — толуол

16

Рис. 5. Зависимость угла смачивания от остаточной доли растворителя в полипропиленовой пленке: 1 — стирол, 2 — толуол, 3 — гептан

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 23,7мН/м).

Для подтверждения возможности увеличения адгезионной прочности слоев водорастворимых красок к полимерным пленкам, обработанным растворителями [5], испытывали оттиски, выполненные трафаретным способом печати по методике, описанной в [6]. Для активации поверхности полипропилена мы использовали толуол и 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 — —

Техilac 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

17

Из анализа данных, представленных в табл. 2, следует, что адгезионная прочность слоев водорастворимых 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.

Библиографический список

1. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М. : Химия, 1977. - 352 с.

2. Кондратов А.П., Утехин А.Н, Боровиков П.С. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2013. - № 4. С. 34-44.

3. Та гер А.А. Физико-химия полимеров. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Научный мир, 2007. - 573 с.

4. Дедов А.В, Назаров В.Г. // Пластические массы. - 2012. -№ 1. - С. 31-37.

5. Кондратов А.П, Журавлева ГН, Комарова Л.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

18