CC BY
34
Подсекция «Материаловедение»
Влияние поверхностной модификации на стойкость полиграфической резины к жидким агрессивным средам
Ф. Доронин
студент группы ДТмтМ 4-1
Материалы на основе эластомеров, применяемые в полиграфической индустрии, активно используются при создании печатной и упаковочной продукции. Краскопередающий слой офсетных резинотканевых полотен (ОРТП), а также красочные и увлажняющие валики подвержены воздействию различных агрессивных жидких сред: красок, смывок, увлажняющих растворов, что приводит, в свою очередь, к преждевременному изнашиванию и снижению рабочих показателей резинотехнических изделий [1]. Результатом этого воздействия может быть разрушение поверхностного слоя красочного валика, как это показано на рис. 1.
Рис. 1. Растрескивание поверхностного слоя красочного валика в результате воздействия контактирующих жидких сред: краски и смывочного состава
16
Ввиду этого требуется качественная оценка воздействия растворителей, различных низкомолекулярных жидкостей на эластомеры по параметрам набухания, а также снижение вредного воздействия агрессивных жидких сред на резину.
Для улучшения эксплуатационных характеристик полимеров, в том числе и резины, используют методы модификации полимеров. Выделяют два подхода к модификации полимерных материалов: модификация на стадии производства полимера и модификация на стадии готового полимера [2].
На рис. 2 приведен пример модификации на стадии производства полимера. В состав полиэтиленовой пленки, используемой в упаковочном производстве, были введены нанокомпозиты (наночастицы керамики), с целью улучшения барьерных свойств [3].
'Тлтхм пэпныврл
НаШЗДСТИЦ! керамики ОвдЙГЩЛИМф^ИЗ границе С модифицирующей частицей
Рис. 2. Структура наномодифицированной полимерной пленки
Паро- и газопроницаемость наномодифицированной пленки близка к нулевым значениям. Это объясняется тем, что проникновение газов, прежде всего кислорода, затруднено слоистой структурой, образованной нанокомпозитом в толще пленки (рис. 3).
Рис.3. Схема строения полимерной пленки на основе нанокомпозитов
17
Использование такой пленки [4] способствует снижению толщины упаковки в 4 раза (рис. 4).
Рис.4. Сравнение традиционной гибкой упаковки с упаковкой на основе нанокомпозита
Модификацию на стадии готового полимера можно осуществлять различными методами поверхностной модификации. Все известные способы осуществления модификации полимеров условно классифицируют по методу воздействия на химические, физические и химико-физические. Среди химических методов наиболее перспективным является метод прямого фторирования полимеров, поскольку фторированные полимеры, как правило, обладают уникальными свойствами, в том числе высокой химической стойкостью и термостойкостью [5]. При процессе фторирования на поверхности полимера образуется поверхностный слой, толщина которого зависит от условий проведения процесса (рис. 5).
Модофицдоованшй
слой
Рис. Б. Строение полимера, модифицированного методом фторирования
Целью работы является исследование влияния поверхностного фторирования резин красочных валов марок W-33 и W-43 на их стойкость к агрессивным жидким средам.
В качестве объектов исследования использовали резину красочных валиков марки W33-W43, на основе бутадиен-нитрильных каучуков, как исходную, так и модифицированную. Процесс фторирования протекал при температуре 20°С в течение 30 мин, 90 мин, и 180 мин. Количественно поверхностный слой, образуемый в процессе фториро-
18
вания на поверхности полимера, оценивали по такому параметру как степень фторирования CAF, который находили по формуле
СА = (mF ~т0 )А
где mF— масса образца после фторирования (кг); т0 — масса образца до фторирования (кг); S— площадь обрабатываемой поверхности (м2); Значения степени фторирования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Влияние времени модификации на степень фторирования для образцов резин
Номер Марка резины Степень фторирования резины CAF x 103 (кг/м2) при времени фторирования, ч
0.5 1.5 3.0
1 W-33 0.6 1.5 2.0
2 W-43 0.7 1.3 1.9
Химическую стойкость полимеров к растворителям характеризуют по способности полимера к набуханию. Степень набухания можно определять различными методами: весовым (гравиметрическим), объемным и оптическим. Стоит отметить, что оптический метод целесообразно использовать при оценке набухания краскопередающего слоя ОРТП, поскольку офсетное резино-тканевое полотно представляет собой композиционный материал [6]. Ввиду этого точная оценка весовым и объемным методами невозможна.
В настоящей работе исследование стойкости резин проводили гравиметрическим методом при температуре 20° C посредством полного погружения образцов резины размером 30x30x2 мм в жидкость, с периодическим извлечением и взвешиванием на аналитических весах с точностью до 0.0001г в соответствии с ГОСТ Р ИСО 1817-2009 «РЕЗИНА. Определение стойкости к воздействию жидкостей».
В качестве контактирующих с резиной жидких сред использовали смывочные составы: B?ttcherin 80-F (производитель B?ttcher) и Eurostar NV (производитель Druck Chemie).
Из полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы: увеличение продолжительности фторирования исследованных образцов приводит к пропорциональному росту поверхностного слоя.
Результаты исследования влияния агрессивных жидких сред на резины марок W 33 и W 43 представлены в виде кинетических зависимостей. Кинетические зависимости представляют собой зависимость степени набухания (Ат, %) от времени.
19
Основными процессами при взаимодействии резины с НМЖ и растворителями является экстрация из резины содержащихся в ней ингредиентов и набухание за счет диффузии в нее соответствующей жидкости. Преобладание того или иного процесса определяется свойствами резины, а также природой контактирующей среды. Кинетические зависимости представлены на рис. 6 и 7.
Bottcherin 80-F: 1 — исходный образец; 2 — образец, фторированный 0.5; 3 — образец, фторированный 1.5; 4 — образец, фторированный 3.0 ч
Ат, %
Время, ч
Рис. 7. Кинетика набухания образцов резины W-33 в смывке Eurostar NV: 1 — исходный образец; 2 — образец, фторированный 0.5; 3 — образец, фторированный 1.5; 4 — образец, фторированный 3.0
20
Анализ кинетических зависимостей изменения массы исследованных резин при контакте со смывочными составами показал следующее. Для резины W33 в смывке Eurostar NV (рис.7) присущ процесс набухания. Видно, что у фторированного образца (кривая 2) степень набухания снизилась на 20%, по сравнению с исходным образцом (кривая 1). Для резины W43 в смывке Bottherin 80-F свойственен обратный процесс - экстракция ингредиентов. Процесс модификации способствовал снижению миграции компонентов резины в 3 раза.
Таким образом фторирование позитивно влияет на свойства резины. Это объясняется особенностями морфологических изменений поверхности при фторировании.
Суммируя полученные результаты, можно сделать следующие практические выводы. Поверхностная модификация способствовала повышению химической стойкости полиграфической резины в среднем в 3 раза. Это содействовало достижению экономического эффекта, а именно снижению затрат на расходные материалы, и, как следствие, уменьшению стоимости единицы печатной и упаковочной продукции. Отсюда способ поверхностной модификации методом фторирования можно рекомендовать для улучшения эксплуатационных характеристик красочных резиновых валиков.
Библиографический список
БайдаковД.И. // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2013. - № 2. - С. 3.
ВильсонД. Основы офсетной печати. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр, 2005. - С. 214.
Назаров В.Г. Поверхностная модификация полимеров. - М.: МГУП - 2008 - С.12.
Назаров В.Г. Поверхностная модификация полимеров. -2008. -М.: МГУП, 474 с.
РОСНАНО. Портфельные компании. Данафлекс-нано [Электронный ресурс]: официальный сайт.2014. Режим доступа: http:// www.rusnano.com. Дата обращения 25.04.2014
РОСНАНО. Портфельные компании. ЗАО «Уралпластик-Н» [Электронный ресурс]: официальный сайт.2014. Режим доступа: http:// www.rusnano.com. Дата обращения 25.04.2014
21
