Влияние параметров процесса обработки полимерных пленок "коронным разрядом" на свойства поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Нгуен Куок Хунг

• Нгуен Куок Хунг
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Куок Хунг

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Природа коронного разряда.

1.2. Применение коронного разряда для улучшения адгезии плёночных материалов.

1.3. Изменение поверхностных свойств полимерных плёнок при обработке коронным разрядом.

1.4. Электретное состояние полимеров.

1.5. Взаимодействие активных частиц плазмы коронного разряда с полимерными плёнками.

1.5.1. Плазмохимическое окисление.

1.5.2. Плазмохимическое азотирование.

1.6. Эффект старения полимерных плёнок, обработанных в плазме коронного разряда.

1.7. Факторы, влияющие на процесс обработки коронным разрядом.

1.8. Адгезия.

1.8.1. Основные теории дгезии.

1.8.1.1. Механическая теория.

1.8.1.2. Диффузионная теория.

1.8.1.3. Адсорбционная теория адгезии.

1.8.1.4. Электрическая теория адгезии.

1.8.1.5. Молекулярная теория адгезии.

1.8.2. Работа адгезии.

1.8.3. Механизм процессов формирования адгезионого взаимодействия.

1.9. Метод ИК- спектроскопии.

1.9.1. Исследование поверхностных слоев полимеров.

1.9.2. Изучение состава и структуры полимеров.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние параметров процесса обработки полимерных пленок "коронным разрядом" на свойства поверхности»

Актуальность темы. Обработка «коронным разрядом» широко применяется при производстве многослойных пленок для упаковки и при нанесении на них печати. Однако конкретных рекомендаций, позволяющих направленно обеспечивать требуемый уровень адгезионного взаимодействия, до сих пор не выработано, либо они являются предметом «ноу-хау» фирм, производящих соответствующее оборудование. Но даже при соблюдении рекомендаций на производстве часто возникают ситуации, приводящие к возникновению брака по показателю адгезионной прочности. Поэтому выявление взаимосвязи технологических параметров, а также и условий окружающей среды с энергетическими характеристиками поверхности пленок, которые определяют формирование адгезионного взаимодействия, является актуальной задачей.

Цель и направления исследования. Задачей данного исследования было установить зависимости между технологическими параметрами процесса обработки коронным разрядом гидрофобных (полиэтилен, полипропилен), и более гидрофильных полимерных пленок (полиэтилентерефталат), и энергией смачивания поверхности. Для этого определяли краевой угол смачивания пленок разной толщины и рассчитывали энергию смачивания. В качестве параметров процесса приняли:

- зазор и напряжение между электродами, число электродов и их конфигурация, скорость протяжки пленок, частоту генератора «коронного разряда», влагосодержание пленок, состав атмосферы в «коронаторе», удельную мощность обработки пленок, время и условия хранения пленок до и после обработки!

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Нгуен Куок Хунг

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в ходе исследований данные о зависимости поверхностной энергии от тока заряда, скорости вращения вала коронатора, ширины и зазоров электродов, атмосферы обработки, времени после обработки и др. имеют важное практическое значение для использования этого процесса в конкретных технологиях.

Общий анализ полученных экспериментальных исследований показал:

1.Эффективность обработки растет при уменьшении зазора между электродами для пленок любой толщины.

2. Увеличение силы тока оказывает большее влияние на эффективность обработки, чем уменьшение зазора между электродами, при этом зависимости нелинейны.

3. Увеличение числа электродов приводит к росту эффективности обработки. При этом выигрыш эффективности может оказаться большим, чем от увеличения мощности.

4. В начальный период хранения происходит значительное снижение адгезионной способности пленок, затем скорость изменения ее снижается и, наконец, стабилизируется на уровне, превышающем характеристики необработанной пленки. Такая зависимость характерна для обеих сторон пленки.

5. Повышение скорости протяжки, хотя и приводит к снижению эффективности обработки поверхности, но этот эффект значительно слабее, чем зависимость от зазора или, например, числа электродов.

6. Скорость протяжки и величина зазора электродов в большей степени сказываются на стороне, обращенной к валу с изоляцией, т.е. на необрабатываемой разрядом стороне, хотя суммарный эффект обработки здесь оказывается меньшим.

7. Наиболее интенсивная обработка происходит в центре электродов. К краям электродов эффективность обработки несколько снижается, однако обрабатываемая область при этом несколько шире, чем электрод. Ширина обработки несколько возрастает при уменьшении зазора.

8. Подача инертного газа не только не привела к снижению эффекта обработки, но даже усилила его. Разница между степенью обработки поверхности в воздушной и обогащенной инертным газом среде в большей степени проявилась для стороны, обращенной не к ножевому электроду, а к валу с изолятором, который огибает пленка.

9. Поверхностная плотность заряда для исследуемых образцов полимерных плёнок коррелирует со степенью модификации поверхности пленок и их гидрофильностью.

10. По мере увеличения интенсивности обработки происходит заметное увеличение интенсивности полос поглощения, характерных для колебаний кислородсодержащих групп, которые возникают на поверхности и при обработке в инертной среде, не содержащей кислород.

11. На эффективность обработки гидрофильных полимеров влияет предыстория образца, связанная с условиями хранения при различной влажности, а для гидрофобных не влияет. Влажность влияет и на кинетику изменения поверхностных свойств.

12. Порошок-тонер на поверхности пленок распределяется неравномерно, при увеличении скорости протяжки пленок количество удерживаемого порошка уменьшается.

13. После хранения пленки количество удерживаемого порошка также уменьшается.

Полученные зависимости позволяют ранжировать технологические параметры процесса обработки по степени их влияния на результат - степень модификации поверхности пленок и определять критические сроки хранения обработанного материала до его использования, гарантирующие достаточно высокие адгезионные характеристики пленок.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

ПЭ - полиэтилен

ПП - полипропилен

ПЭТ - полиэтилентерефталат

КР - Коронный разряд

УФ - Ультрафиолетовое излучение

ИК - Инфракрасный

ВИМС - вторичная ионная масс-спектрометрия

РФЭС - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

НПВО - нарушенное полное внутреннее отражение

МНПВО - многократное нарушенное полное внутреннее отражение

ФАС - фотоакустическая спектроскопия

ИПЭП - измеритель параметров электростатического поля

Uk - напряжение коронного разряда — краевой угол смачивания

Wa — работа адгезии жидкости yl - поверхностное натяжение на границе жидкость- воздух, Н|м;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Куок Хунг, 2009 год

1. Капцов Н. А., Коронный разряд и его применение в электрофильтрах, М., 1947.

2. В.Г. Назаров Поверхностная модификация полимеров. М.:МГУП. 2008.474 стр.

3. Тагер А.А. Физико химия полимеров. - М.:Научный мир, 2007. - 576 стр.

4. Ясуда X. Полимеризация в плазме.- М.: Мир. 1988. 374 стр.

5. Лущейкин Г.А. Полимерные электреты.- М.: Химия, 1976.-224 стр.: ил.

6. Лущейкин Г.А. Методы исследования электрических свойств полимеров. -М.: Химия, 1988. 160 стр.: ил.

7. Гуль В.Е., Маркин В.Н., Ананьев В.В., Баблюк Е.Б., Изотова Л.Т. Особенности формирования электретного состояния полимеров в газоразрядной плазме// доклады академии наук СССР.1982.Т.265. №4 стр.901

8. Губкин А.Н. Электреты. М.: Наука, 1979.

9. Драчев А.И., Гильман А.Б., Пак В.М.,. Кузнецов А.А. «Воздействие тлеющего низкочастотного разряда на пленки полиэтилентерефталата» Химия высоких энергий. 2002. Т. 36. №2. стр. 143-147.

10. Капцов Н.А. Коронный разряд. -М., ОГИЗ, 1942, 327 стр.

11. Балабанов Е.М. Дисперсные системы в электрическом поле коронного разряда . Дис. на соиск. уч. ст. д.т.н., М., 1953, 460 стр.

12. Стефанович Н.Н., Владыкина Т.Н., Баблюк Е.Б., Перепелкин И.Л. Механизм активации поверхности полиэтилентерефталата коронным разрядом // Коллоид, журн. 1983 - Т. 45, № 1. - стр. 169.

13. Электреты. Под ред. Г. Сесслера. М.: Мир. 1983.- 488 стр., ил.

14. Драчев А.И., Пак В.М., Гильман А.Б., Кузнецов А.А. Объемно-зарядовые процессы, протекающие под действием электрического поля в многослойном материале с пленкой ПЭТ—Э Электротехника. 2002. №4. стр. 26-29.

15. Верещагин И.П. Коронный разряд в аппаратах электронно-ионнойтехнологии М.: Энергоатомиздат, 1985.

16. Лукин Ю. Обработка поверхности коронным разрядом// Флексоплюс.№3(27).2002

17. Лукин Ю. Обработка поверхности коронным разрядом// Флексоплюс.№4(28).2002

18. Баблюк Е.Г., Перепелкин А.Н., Губкин А.Н. Влияние коронного разряда на свойства поверхности ПЭТФ-пленки. Пластические массы, 1978, №6 стр.41-44.

19. Электрофизические основы электротехники высоких напряжений Учеб. для вузов / И.М. Бортник, И.П. Верещагин, Ю.П. Вершнинин и др. Под ред. И.П. Верещагина, В.П. Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1993.

20. Основы электротехнологий. Учебн. для вузов / Белогловский А.А., Верещагин И.П., Кужекин И.П. и др. Под ред. Верещагина И.П. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

21. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. -М., Энергоатомиздат, 1986, 464 стр.

22. Кардаш И.Е., Пак В.М., Гильман А.Б., Драчев А.И., Пебалк А.В. Модификация полимерной пленки из полиэтилентерефталата с использованием тлеющего низкочастотного разряда/ Электротехника 2000, №12, стр.53-58.

23. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. -М.: Химия, 1976, 231 стр.

24. Гильман А.Б., Ришина Л.А., Визен Е.И., Шибряева Л.С., Сосновская Л.Н., Потапов В.К. Действие тлеющего низкочастотного разряда в воздушной среде на пленки полипропилена/ Химия высоких энергий 1997, т.31, №5, стр.393-396.

25. Драчев А.И., Пак В.М., Гильман А.Б., Дорофеева Т.В., Шклярова Е.И., Кузнецов А.А. Влияние обработки в разряде на диэлектрические свойства пленки ПЭТФ/ Электротехника 2002, №4, стр. 17-20.

26. Драчев А.И. Образование полимерных электретов под воздействиемнизкотемпературной плазмы тлеющего разряда/ Химия высоких энергий -2003, т.37, №5, стр.342-347.

27. Драчев А.И., ПакВ.М., Гильман А.Б., Кузнецов А.А. Поляризация пленок полиэтилентерефталата в электрическом поле/ Электротехника 2003, №4, стр.39-41.

28. Бойцов И.Г., Рынков А.А. Природа ловушек носителей заряда в полипропиленовых короноэлектретах/ Тезисы докладов Международной научной конференции по физике диэлектриков «Диэлектрики-97» С.-Пб., 1997, стр.85-87.

29. Закревский В.А., Сударь Н.Т. Влияние объемного заряда на закономерности электрического разрушения полимеров/ Журнал технической физики 1996, т.66, №4, стр. 105-113.

30. Рычков А.А., Бойцов В.Г. Электретный эффект в структурах полимер-металл. С.Пб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2000, 250 стр.

31. Гильман А.Б., Ришина Л.А., Драчев А.И., Шибряева Л.С. Пленки полипропилена в разряде постоянного тока/ Химия высоких энергий 2001, т.35, №2, стр.151-156.

32. Электрические свойства полимеров. Под ред. Б.И. Сажина. Л.,.Химия. 1986-192 стр.

33. Варденбург А.К. Пластические массы в электротехнической промышленности. Изд 3-е. М.-Л., Госэнергоиздат, 1963.

34. Драчев А.И., Пак В.М., Гильман А.Б., Кузнецов А.А. К вопросу об увеличении длительной электрической прочности композиционного электроизоляционного материала с полиэтилентерефталатной пленкой ПЭТ-Э/ Электротехника 2003, №4, стр.35-39.

35. Борисова М.Э., Койков С.Н., Кирилова Е.В., Парибок В.А., Фомин В.А. Пленочные электреты из политетрафторэтилена, изготовленные электронные бомбардировкой и в коронном разряде // Труды МИЭМ. 1972. Вып. 27. стр. 92-101.

36. Баблюк Е.Б., Губкин А.Н., Перепелкин А.Н., Тезисы доклада, секция Оптическая спектроскопия диэлектриков. Всесоюзная научная конференция: физика диэлектриков и новые области применения. Караганда, 1978. С. 14.

37. Бережанский В.Б., Быков В.М., Городов В.В., Закревский В.А., Сударь Н.Т. Влияние инжектированного заряда на распределение электрического поля в полимерном диэлектрике // Высокомолекулярные соединения. 1989. Сер. Б. № 4.

38. Багиров М.А., Волченков Е.Я., Кязимов Е.Я. Исследование структурных изменений полиэтиленовой пленки, происходящих под действием электрических разрядов на ее поверхности. // Электронная обработка материалов. 1973. № 5. стр. 51-56.

39. Blais Р, Carlson DJ., Wiles D: М. J. Appl. Polym. Sci., 1971, vol.l'5,Nl, p.129-143.

40. Plasma Surface Modification of Polymers. Relevance to Adhesion.

41. Symposium on Plasma Chemistry, Prague, Aug. 2-6, 1999: Symposium Proceedings. Vol. 4. Prague: Inst. Plasma Phys. 1999. P. 1889-1894.

42. Wu S. Polymer Interfaces and Adhesion. N.Y.: Marcel Dekker, 1982. 342 P.

43. Yasuda H. // Macromolecular Science. 1976. Vol. 10A. № 3. P. 383.

44. Ricard A. Reactive plasmas. Paris: SFV, 1996. 180 P.

45. Toriz G., Ramos J., Young R. A. Lignin-polypropylene composites. П. Plasma modification of kraft lignin and particulate polypropylene // Applied Polymer Science.2004. №3(91). P. 1920-1926.

46. Owens D. //Applied Polymer Science. 1975. Vol. 19. P. 3315-3329.

47. Perlman M.M. // Electrochem. soc. 1972. Vol. 119. P. 892.

48. Pospieszna J. Effect of surface treatment on polypropylene film-oil interactions //IEEE Trans. Dielec. and Elec. Insul. 2001. № 4 (8). P. 710-713.

49. Proceedings of 12th International Symposium on Plasma Chemistry. Minneapolis: University of Minnesota Press, 1995. Vol. 1. P. 21.

50. Берлин A.A. Басин B.E. Основы адгезии полимеров. M. Химия, 1974г. 392 стр.

51. Зимон А.Д. Адгезия плёнок и покрытий. М.: Химия, 1977.- 416 стр.

52. Вакула B.JL, Притыкин JI.M., Физическая химия адгезии полимеров. М., 1984. стр. 141-150.

53. Поциус А. Клеи, адгезия, технология склеивания.- С-П.: Профессия, 2007.- 378 стр., ил.

54. Басин В.Е. Адгезионная прочность. М.: Химия, 1981.-208 стр.

55. Цорль У. Электростатические адгезионные эффекты. Перевод Крайзер М.М.-М.: Всесоюзный центр переводов. 1976.- 21 стр.

56. Кинлок Э. , Адгезия и адгезивы: Наука и технология. М.:Мир, 1991. - 484 стр., ил.

57. Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твёрдых тел. М.: Наука. - 1973. - 280 стр.

58. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия. - 1974.

59. Ерусалимский Л.Б., Любецкий С.Г. Процессы ионной полимеризации.-Л.: Химия, 1974.

60. Баблюк Е.Б., Фаренбрух К.В., Баканов В.А. Оценка адгезионной прочности при печати на полимерных пленках // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. № 5. 2007- стр. 31-39.

61. Волков С.С., Гирш В.И. Склеивание и напыление пластмасс, М., Химия, 1988.

62. Шестопал А.Н. и др. Справочник по сварке и склеиванию пластмасс.1. Киев, Техника, 1986.

63. Липатов Ю.С., Сергеева Л. М. Адсорбция полимеров. Киев: Наукова думка. - 1972. - 194 стр.

64. И.Ю. Аверно-Антонович, Р.Т. , Методы исследования структуры и свойств полимеров. Казань: Учебное пособие. 2002 605 стр.

65. Использование метода НПВО для изучения строения полимерных гелей/ П.М. Пахомов, С.Д. Хижсняк, М.Н. Приемышева и др. // Физ-хим. полимеров. 1997, № 3. С 4-7.

66. Семенович Г.С, Липатов Ю.С, Гусев С.С. и др. Исследование структуры граничных слоев полиметилметакрилата методом нарушенного полного внутреннего отражения//Высокомолек.Соед.Сер.А.1978.20.№ 9.С. 2000-2005.

67. Hummel D.O. Polymers, additives, surfactants and their mixtures: Computer• thbased search with special FT1R libraries: Pap. 12 Eur. Symp. Polym. Spectrosc. (ESOPS-12), Lyon, July 8-10, 1996//Macromol. Symp. 1997. № 119. P. 65-77.

68. Основы технологии переработки пластмасс: учебник для вузов. Под ред. В.Н. Кулезнева и В.К. Гусева. М.: Химия, 1995 - 526 стр.

69. Копин В.А., Макаров В.Л., Ростовцев A.M. Обработка изделий из пластмасс. М., 1988.

70. Хуго И., Кабелка И., Кожени И. и др. Конструкционные пластмассы: Свойства и применение. М. 1969.

71. Купцов А.Х., Жижин Р.Н. Фурье-КР и Фурье-ИК спектры полимеров. М.: Физматлит, 2001, 582 стр.

72. Фельдман Л., Майер Д., Основы анализа поверхности пленок. М., Мир, 1989, 344 стр.

73. Дж. Гиллет. Фотофизика и фотохимия полимеров. Введение в изучение фотопроцессов в макромолекулах. М. : Мир. 1988. 389 стр.

74. Зенгуил Э. Физика поверхности. М., Мир, 1990, 536 стр.

75. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., Мир, 1979, 568 стр.

76. Плюдеман Э. Поверхность раздела в полимерных композитах. Пер. с англ. М.: Мир. 1978. 119 стр.

77. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М., Химия, 1983.

78. Аскадский А.А. Структура и свойства теплостойких полимеров. М., Химия, 1981.

79. Николаев А.Ф. Технология пластических масс.- Л.: Химия, 1977 368 стр.

80. Технология пластических масс/ Под ред. В.В.Коршака. Изд. 3-е М.: Химия, 1985.-560 стр.

81. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. М.: «Высшая школа», 1986, 495 стр.

82. Энциклопедия полимеров.- М.: Советская энциклопедия, 1972.-Т.1.-1224с.; 1974.-Т.2.-1032С.; 1977.-Т.З.-1150 стр.

83. Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс: Справочник.- Л.: Химия, 1985.- 448 стр.

84. Крыжановский В. К., Бурлов В.В., Паниматченко Ю.В., Крыжановская Ю.В. Технические свойства полимерных материалов: Уч.-справ. пос. СПб. Изд-во «Профессия», 2003. - 240 стр.

85. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров.- М.:- Химия, 1989.-432 стр.

86. Оудиан Дж. Основы химии полимеров.- М.: Мир, 1974.

87. Тихомиров В.А., Николаев В.Н. Механическая обработка пластмасс. Л., 1975.

88. Куренков В.Ф. Практикум по химии и физике полимеров.- М.: Химия, 1977.

89. Спектроскопия ЯМР в анализе мономеров и полимеров. Сост. Бурмистров В.А. Иваново, 1986, 35 стр.

90. В.А. Быков. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхности. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М., 2000.

91. Р.З. Бахтизин. Сканирующая туннельная микроскопия новый методизучения поверхности твердых тел. Соросовский образовательный журнал, 2000, т.6, №11, стр. 1-7.

92. B.C. Эдельман. Сканирующая туннельная микроскопия (обзор). ПТЭ,1989, №5, стр.25.

93. Белый В.А., Вертячих И.М., Пинчук JI.C. и др. Электрическая поляризация полимеров в контакте с электретами. Доклады АН СССР. 1988. Т. 302. № 1. стр. 119-122.

94. В.М. Мостепаненко, В.И. Панов, И.Ю. Соколов. Явление нарушения непрерывности линий постоянной силы над поверхностью с перепадом рельефа и разрешение атомно-силового микроскопа. Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып. 8, стр. 65-72.

95. Н.С. Маслова, В.И. Панов. Сканирующая туннельная микроскопия атомной структуры, электронных свойств и поверхностных химических реакций. УФН, 1989, т. 157, вып.1, стр.185.

96. А. А. Бухараев, Д.Б. Овчинников, А. А. Бухараева. Диагностика поверхности с помощью, сканирующей силовой микроскопии (обзор). Заводская лаборатория. Исследование структуры и свойств. Физические методы исследования и контроля. 1996, №1, стр. 10-27.

97. П.А. Арутюнов, A.JI. Толстихина. Атомно-силовая микроскопия в задачах проектирования приборов микро- и наноэлектроники. Часть I: Микроэлектроника, 1999, т. 28, № 6, стр. 405-414. Часть II: Микроэлектроника, 1999, т. 29, № стр. 13-22.

98. Ю:Н. Моисеев и др. Экспериментальное и теоретическое исследование сил и пространственного разрешения в атомно-силовом микроскопе. ЖТФ,1990, т. 60, вып. 1, стр. 141-148.

99. Тара и упаковка: учебник / Т.И. Аксенова, В.В. Ананьев, Н.М. Дворецкая и др.; под ред. Э.Г. Розанцева. М.: МГУПБ, 1999 - 180 стр.

100. Технология упаковочного производства / Т.И. Аксенова, В.В. Ананьев, Н.М. Дворецкая, Т.В. Иванова и др.; под ред. Э.Г. Розанцева. М.: Колос, 2002. - 184 стр.

101. Гуль В.Е., Акутин М.С. Основы переработки пластмасс. — М.:Химия,1986.- 400 стр., ил.

102. Гуль В. Е. Полимерные пленочные материалы, М.: Химия, 1972.278 стр.

103. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы 1989. 462стр.

104. Бристон Дж.Х., Катан Л. Л. "Полимерные пленки" Пер. с англ. - М.: Химия. 1993.1. Г & ■ ъШ \1. ЩиШИф^ЩШ^ Либин Л.С.

105. УТВЕРЖДАЮ» Ш^^^трёктор ООО «УФИМ»1. АКТоб использовании результатов научных исследований