Способ гидрофилизации изделий из полистирольных пластиков

Способ гидрофилизации изделий из полистирольных пластиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

765297

/

/ =с- 4

-т (61 ) Допол н и тел ьное к а вт. с вид-ву— (5I)М. Кл.

С 08 Т 7/14

С 08 1 25/06 (22) Заявлено 22.06.78(21) 26З1800/2З 05

I с присоединением заявки М—

3Ъоударстввниый комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 25.09.80 ио делан изобретений и открытий (53) УДК 678.746. 22. 029. 8 (088.8) (72) Авторы изобретения

B. Л. Авраменко, H. В. Базалей, А. В. Жовдак, А. А. Артемьев, Г. Ф. Реп инцева, Л. М. Е емова и Е. П. Криковлюк р фр

; (-.

Харьковский ордена Ленина политехнический ин 3glggI!,.";„",, :,. -; .";:,:!":, им. В. И. Ленина и Харьковский завод Оргт (71) Заявителй (54) СПОСОБ ГИДРОФИЛИЗАЦИИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ ПЛАСТИКОВ

Изобретение относится к области переработки пластмасс, преимущественно полистирольных, и может быть использовано в различных областях техники для придания поверхности изделий из цолистирольных пластиков смачиваемости и

5 полярности при их склеивании, металли зации, поверхностном. окрашивании и пе чатании.

Подавляющее большинство пластмасс

10 являются гидрофобными (не смачиваю щимися водой) материалами. Гидрофобность полистирольных пластиков (полистирол, сополимеры АБС, МНС) объясня15 ется тем, что указанные материалы являются неполярными, имеют низкую поверх ностную энергию. Поэтому при использо» вании пластиков в процессах, где требует ся высокая смачиваемость (склеивание, металлизация, окрашивание, печатание), приходится модифицировать их поверхность, т. е. образовывать на ней полярные группы.

В настоящее время для повышения смачиваемости полистирольных пластиков осуществляют различные процессы, называемые гидрофилизацней, которые направлены на придание полярности повехностному елою полимера (окисление, введение полярных функциональных групп и др. ).

Наибольшее распространение для новы-> шенин смачиваемости поверхности изделий из полистирольных пластиков цолучили химические способы обработки их поверхности окисляющими агентами. Для этой цели часто применяют растворы бихромата калия в серной кислоте. Однако прй таком травлении вследствие высокой агрессивности хромовой смеси возникает опасность перетравливания материала, уменьшения его механической прочности.

Кроме того, осуществление этого способа требует применение футерованной свинцом или керамической аппаратуры, поэтому хромовые смеси при гидрофилизации заменяют менее. агрессивными

3 76 растворами перманганата калия в серной кислоте (11.

Известен также способ гидрофилизации поверхности изделий из пластмасс, который является наиболее близким к заявляемому по назначению, технологической сущности и по применяемому раствору для гидрофилизации, и включает активацию поверхности изделий органическими растворителями; травление поверхности изделий путем погружения их на

1-3 мин в нагретый до 90 С раствор е перманганата калия в серной, кислоте следующего состава, вес.%:

Кислота серная 73

Перманганат калия 4

Вода Остальное; промывку изделия проточной водой, промывку изделия 1% раствором maвелевой кислоты: повторную промывку изделия проточ. ной водой; сушку изделия в течение 1 час при

80 С (2».

Недостатками известного, способа яв,ляются низкие смачиваэмость и полярность поверхности получаемого изделия, а также .низкая эффективность использования агента (перманганата калия) .

Низкая смачиваемость поверхности получаемого изделия обьясняется тем, что раствор для гидрофилизации содержит большое количество (73 вес.7) сер ной кислоты и перманганата калия (4 вес.7), а процесс травления ведут при высокой (90 С) температуре. Нали- чие в растворе для гидрофилизации боль шого количества серной кислоты и перманганата калия, а также высокая температура процесса вызывает быстрое протекание реакции окисления, в результате чего в процессе травления образуется большое количество двуокиси марганца за,счет восстановления перманганата калия. Образуюшаяся двуокись марганца. оседает на поверхности изделия плотным слоем. Осевший слой двуокиси марганца препятствует дальнейшему окислению поверхности полимера, поэтому сма» чиваемость получаемого изделия остается низкой.

Оседание двуокиси марганца и образование ее плотного слоя на поверхности изделия ограничивает, доступ окисляющего агента (перманганата калия) к реакционным центрам поверхности полимера, в результате чего окисление последней происходит не полностью, что обуслов15

55 чем реакция между перманганатом калия и поверхностью полимера, в результате чего перманганат калия расходуется в большей степени на реакцню с серной кислотой, а не на реакцию с поверхностью полимера. Это порождает низкую эффективность использования окисляющего агента. Лля ускорения процесса окисления поверхности полимера в способепрототипе предусматривается обработка изделий перед травлением органическими . растворителями. Последние разрыхляют поверхность полимера, однако на скорость окисления оказывает малое влияние.

С другой стороны, оседание на поверхность иэделий двуокиси марганца обусловливает проведение дополнительной операции - промывки изделий раствором

;щавелевой кислоты для удаления осевшей двуокиси марганца.

Обработка изделий органическими, растворителями и раствором щавелевой ..

- кислоты усложняет процесс. гидрофилиза-. ции и значительно ухудшает условия труда.

Целью изобретения является повышение смачиваемости и полярности поверхности изделий из полистирольных пластиков, а также повышение эффективности использования окисляющего агента.

Это достигается тем, что в способе гидрофилизации, включающем травление изделий в сернокислом растворе перманганата калия, промывку их и сушку, травление осуществляют в растворе, дополнительно содержащем нитрат магния, при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:

Кислота серная 5-32

Перманганат калия 0,5-2

Нитрат магния 0,5-1

Вода, Остальное, при 40-45 С в течение 30-35 мин и сушку изделий осуществляют при 1820 С.

Введение в раствор для гидрофилизации нитрата магния замедляет оседание на поверхности изделий образующей я в

>процессе реакции двуокиси марганца, в результате чего перманганат калия (окис5297 4 ливает образование на поверхности полимера малого количества полярных групп, т. е. ее низкую полярность.

Кроме того, высокая концентрация серной кислоты и перманганата калия и высокая температура реакции обусловливает тот факт, что реакция перманганата калия с серной кислотой идет быстрее, 5 7652 литель) имеет доступ к поверхности изделия на протяжении всего времени обработки, что приводит к полному окислению поверхности изделия и, как следствие, к значительному повышению смачиваемости получаемого иэделия. Кроме того, при диссоциация нитрата магния и кислой среде образуются ионы NO являющиеся сильными окислителями, кото рые наряду с перманганатом калия окис- 10 ляют поверхность изделия, восстанавливаясь при этом до HO или NO< по

УРавнению 3ЧО +ФН Ф 5Е - Я0+2Н О, за счет чего значительно увеличивается количество образующихся на поверхности изделия полярных групп, что ведет к резкому увеличению полярности получаемого изделия.

Добавление в раствор для гидрофилизации нитрата магния и оказываемое им дополнительное окисляющее действие за счет .образования ионов ИО позволяет, снизить концентрацию серной кислоты с

76 до 5-32 вес.%, концентрацию пер«д манганата калия с 4 до 0,5-2вес.% и

-о температуру процесса с 90 до 40-45 С.

Снижение концентрации компонентов и температуры, процесса в сочетании с замедляющим действием нитрата магния 30 на процесс оседания на поверхность изделия двуокиси марганца приводит к тому, что реакция перманганата калия с серной кислотой идет медленнее, чем реакция перманганата калия с поверхностью поли- З мера, в результате чего перманганат калия в большой степени расходуется на окисление поверхности изделия, а не на реакцию с серной кислотой, т. е. повышается эффективность его использования. щ

Целенаправленное протекание реакции позволяет исключить операцию активации поверхности изделий органическими растворителями. С другой стороны, оказываемое нитратом магния замедляющее дейст- 4 вие на процесс оседания на поверхность изделий двуокиси марганца позволяет исключить операцию промывки изделий ща велевой кислотой. Исключение указанных операций упрощает процесс гидрофилизации и значительно улучшает условия труда.

Таблица 1

Содержание серной кислоты, вес.%

5 16 32

Содержание перманганата калия, вес.%

05 125 2

Содержание нитрата ма гния, вес.% 0,5 О, 75 1

Содержание воды, вес.%

94 82 65

Температура гидрофилиэации, С 40 42,5 45

Время выдержки изделия, мин

30 32 35

97 d магния. Смесь перемешивают до полного растворения последнего. После чего вводят 0,5-2 вес.% перманганата калия и перемешивают. В приготовленный таким образом раствор для гидрофилиэации погру. жают изделия из полистирольных пластиков, выдерживают их в течение 3035 мин при перемешивании, извлекают, тщательно промывают водой и подвергают сушке при комнатной температуре.

Пример . Проводят гидрофилизацию поверхности изделий из следующих полистирольных пластиков: полистирола общего назначения марки ПСМД POCT

202-74; полистирола ударопрочного (про- дукт сополимеризации стирола с каучу ком). марки УПМ-0612Л, ОСТ 6-05-406-75; полистиропьного пластика АБС (продукт сополимериэации стирола с акрилонитрилом и бутадиеном) марки

15-30, ТУ 6-05-1587-74; сополимера

МСН (продукт сопопимеризации стирола с метилметакрилатом и нитрилом акриловой кислоты). POCT 12271-76.

Параметры гидрофилиэации по различ« ным режимам приведены в табл. 1.

Способ осуществляют следующим об,разом.

B водный раствор серной кислоты, состоящий из 5-32 вес. серной кислоты и из 65-94 вес.% воды, нагретый до

40-45 С, вводят 0,5-1 вес.% нитрата

Смачиваемость поверхности иэделия оценивают по изменению краевого угла смачивания, определяемого по общепринятой методике-методом лежащей капли

765

Т аблица 2

1 Краевой угол смачивания, град.

50 21 58

37 54 20

Количество полярных групп на поверхности изделий, г/л

604 010 005 015 007 019 004 016

2 Краевой угол смачивания, град.

16 50 18 57

32 50

Количество полярйых групп на по-верхности иэделия, г/л

0,07 0,12 0,06 0,18 0,08 0,22 0,07 0,23

3 Краевой угол смачивания, град.

6 46 6 54

Количество полярных групп на поверхности изделия. г/л

0,08 0 29 0,08 0,4 0,06 0,27 0,10 0 38, 7

Полярность поверхности оценивают по содержанию полярных групп на поверхности изделия по оригинальной методике патента США N 2979422, кл. 117-106, 1961, В соответствии с этой методикой образцы выдерживают 10 мин в 0,15%ном растворе метиленового синего, промывают дистиллированной водой и высушивают. Затем образцы обрабатывают при комнатной температуре в течение 2-х мин 10 мл спиртового раствора соляной кислоты. После этого определяют .оптическую плотность спиртового раствора хлористого водорода на приборе-фотоэлектроколориметре ФЭК-М в кювете с длиной 2 см при красном светофильтре. Показатель оптической . плотности раствора, показывающий копи297 8 чество сорбированного катионного красителя по полярным группам поверхности полимера, характеризует полярность по1 верхности.

Одновременно проводят гидрофилизацию изделий из вышеуказанных полистирольных пластиков по режимам известного способа - прототипа. Брали нижний, средний и верхний, пределй составляющих режима. Смачиваемость и полярность поверхности изделий оценивают по тем же показателям и теми же методами, что и в предлагаемом способе.

35 Сравнительные данные испытаний изделий иэ полистирольных пластиков по известному и предлагаемому способам сведены в табл. 2., 765297

Продолжение табл. 2

Испытуемый материал листнрол обго. наэначея марки

МД ГОСТ

2-74

Полистирол ударопрочный марки

УПМ-0612-Л, ОСТ 6-О5-406-7 5

Полистирольный пластик

ABC марки

15-30

ТУ-6-05-1587-74

Сополимер

МСН ГОСТ

1227 1-7 6

Показатели жим

Иэвест Пред Иэвест ный лага- ный

Предлагаемый

Извест- Предла ный гаемый

Пред лагаемый вест и емый (Исходные (необработанные ни Tlo одному способу)

Краевой угол смачивания, грац.

Количество полярных групп на поверхности изделия, г/л 0,03

0,038 0,03 0,03

ВНИИПИ Заказ 6447 /26 Тираж 549 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из табл. 2 видно, что смачиваемость

25 и полярность поверхности изделий иэ полистирольных пластиков, полученных по предлагаемому способу, значительно выше тех же показателей у изделий, полученных по известному способу.

Использование предлагаемого способа гидрофилизации изделий из полистирольных пластиков и раствора для гидрофилизации обеспечивает по сравнению с существующим следующие преимущества: возможность получения изделий с повышенной смачиваемостью, что особенно важно для качественного осуществления процессов металлизации склеивания, DKpB» шивания и печатания; эффективность использования окисляющего агента в процессе гидрофилизации, что обеспечивает экономию серной кислоты, перманганата калия, а также повышает качество гидрофилизации; исключение таких операций, как акти 4> вация изделий органическими растворителями и промывка их раствором щавелевой кислоты, что снижает иожароопасность производства и улучшает условия труда;

50 сокращение времени процесса за счет исключения операций обезжиривания и промывки щавелевой кислотой, что повы» шает производительность труда; воэможность осуществления процесса

1 . на стандартном оборудовании, что не требует дополнительных капитальных затрат.

Формула изобретения

Способ гидрофилизации иэделий иэ полистирольных пластиков, включающий травление изделий в сернокислом растворе перманганата калия, промывку их и сушку, отличающийся тем, что, с целью повышения смачиваемости . и полярности поверхности изделий, травление осуществляют в растворе, дополнительно содержащем нитрат магния, при. следующем соотношении ингредиентов, вес.%:

Кислота серная 5-32

Перманганат калия 0,5-2

Нитрат магния 0,5-1

Вода Остальное, при 40-4 УС в течение 30-35 мин и сушку иэделий осуществляют при 18-2%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шалкаускас М. И. и др. Химичеси (( кая металлизация пластмасс, Л., Химия, 1977, с. 35-39.

2. Шалкаускас М. И, и др. Адгезионные свойства поверхности полиэтилена, травленной раствором перманганата калия, Труды AH Литовской СОР, 1975, т.-Б 5 (90), с. 53 57 (прототип).