Подготовка поверхностей изделий

Методы активирования поверхности изделий принято разделять на две большие группы. Это методы физического активирования (обработка коронным разрядом, ионизирующим излучением, тлеющим разрядом, газовым пламенем и другие методы, создающие развитый микрорельеф поверхности изделия) и химического активирования (обработка поверхности травлением и химическая модификация). Хотя все эти методы существенно отличаются друг от друга, их воздействие на изделия сводится к трем факторам: окислению поверхности; сшиванию (появлению сетчатой структуры) и образованию развитого микрорельефа поверхности.

Поверхность литьевой и выдувной тары из полиолефинов наиболее часто активируют газопламенным способом, применяя факельные горелки. Зона обработки находится в области восстановительного пламени на расстоянии h от факела окислительного пламени (рис. 3.12). Эффективность газопламенной обработки зависит от продолжительности активации т, коэффициента избытка воздуха в газовой смеси — а, расстояния до поверхности изделия — h и скорости истечения газа — v.

Рис. 3.12. Схема активации изделий из полиолефинов газовым пламенем:

а — листа или пленки, б — цилиндрического изделия, в — плоского или овального изделия;

• 1 — горелка, 2 — лист или пленка, 3 — охлаждаемый валок,
• 4 — цилиндрическое изделие, 5 — плоское или овальное изделие

На процесс активации влияют также конструктивные параметры горелки: свободное сечение сопла S и диаметр отверстий в сопле d. Сопротивление отслаиванию краски от поверхности полимера в зависимости от свободного сечения сопла выражается уравнением:

где, А — константа, зависящая от т, h, v, а и d.

Для получения наилучших результатов активации рекомендуются следующие оптимальные параметры:

• — скорость истечения газа v = 2—2,5 м/с;
• — коэффициент избытка воздуха в газовой смеси, а = 1,05—1,1;
• — температура в зоне активации t = 1050—1100°С;
• — продолжительность обработки т = 0,5—1 с;
• — расстояние от факела внутреннего окислительного конуса пламени до обрабатываемой поверхности h — 15—20 мм;
• — свободное сечение сопла горелки S = 65—85%;
• — диаметр отверстий в сопле d = 0,5—1,5 мм.

Поверхность изделий остается активной в течение нескольких недель при температуре -5—1−60°С.

Для активирования поверхности пленочных материалов из полиолефинов наиболее технологично использовать следующие методы: обработку коронным разрядом, газовым пламенем, ионизирующим излучением, а также химическую модификацию полимеров.

Для активирования поверхности пленки из полиолефинов перед нанесением на нее печати в промышленности широко применяется обработка ее поверхности коронным разрядом — видом электрического разряда в газе, который возникает между электродами, находящимися под высоким напряжением. За счет большой разницы потенциалов между электродами происходит выделение из воздуха озона и атомарного кислорода. Одновременно заряженные электрические частицы бомбардируют поверхность пленки, образуя активные центры, которые, вступая в реакцию с кислородом окружающего воздуха, озоном и атомарным кислородом, окисляются и приобретают полярное строение, способствующее хорошей адгезии между изделием и краской. Схема установки для активирования коронным разрядом приведена на рис. 3.13 [2].

Активирование коронным разрядом осуществляется на установках, рабочими органами которых являются два электрода. Между ними пропускается активируемая пленка.

Так называемый горячий электрод располагается над активируемой поверхностью пленки. К нему подводится высокое напряжение от генератора переменного тока, мощность которого в зависимости от толщины пленки и ее ширины может достигать 20 кВт. Этот электрод состоит из одной или нескольких металлических полос прямоугольного сечения, длина которых обычно на 1,5—2 мм меньше ширины пленки.

Это делается для того, чтобы исключить возможность электрических пробоев. Если установка предназначается для активирования пленок различной ширины, то электрод имеет раздвижную конструкцию.

Рис. 3.13. Схема активирования пленки из полиолефинов коронным разрядом:

• 1 — высоковольтная установка; 2,3 — высоковольтный и заземленный провода;
• 4,5 — высоковольтный и заземленный электроды; 6 — диэлектрическое покрытие; 7 — обрабатываемая пленка

Так называемый холодный электрод устанавливается с другой стороны пленки и заземляется. Часто в качестве «холодного» электрода используется барабан или ролик, который кроме функции электрода выполняет и транспортную функцию: поддерживает и распрямляет проходящую между электродами пленку.

Считается, что оптимальное расстояние между электродами колеблется в пределах от 1 до 2 мм. Дело в том что отклонение от этих рекомендаций как в ту, так и в другую сторону приводит к снижению эффекта, получаемого от активирования. При увеличении зазора понижается сила тока, а при малом зазоре увеличивается вероятность пробоя и уменьшается количество активного кислорода.

Установки для активирования коронным разрядом могут быть размещены как непосредственно на печатном оборудовании перед поступлением пленки на формный цилиндр, так и на экструзионной линии, производящей эту пленку. Правда, в первом случае возникает проблема синхронизации скоростей печати и активации. Скорости экструзии гораздо ниже скорости нанесения печати. В связи с этим второй вариант предпочтительнее. Кроме того, физико-химические процессы, происходящие при активации поверхности только что полученной пленки, способствуют повышению адгезионных свойств. К этому надо добавить, что свойства, приобретенные полиэтиленовой пленкой после активации, сохраняются практически в полном объеме около месяца.

Нужно помнить, что использование электроразрядных установок требует точного соблюдения правил электробезопасности. Установки должны быть оснащены защитными кожухами и откидными щитами, предохраняющими обслуживающий персонал во время работы от случайного прикосновения к оголенным токоведущим частям аппаратуры. Должно быть предусмотрено сблокированное автоматическое обесточивание аппаратуры при подъеме кожухов и щитов, открывающих доступ к электродам для заправки пленки и к другим рабочим узлам, находящимся под напряжением.

Защитный кожух активатора должен быть подключен к вытяжной вентиляции для удаления образующихся при работе вредных для здоровья газов — озона и окиси азота.

Поверхности пленок из полиолефинов активируют также обработкой газовым пламенем. С этой целью пленку (рис. 3.14) [2] помещают на короткое время в определенную зону факела горящего газа.

Рис. 3.14. Схема обработки поверхности пленки газовым пламенем:

• 1 — газопровод; 2 — воздуховод; 3 — краны; 4 — расходомеры; 5 — смесители;
• 6 — горелки; 7 — валок, охлаждаемый водой; 8 — обрабатываемая пленка

Воздействие повышенной температуры и кислорода окружающего воздуха приводит к окислению, деструкции и фазовым превращениям на поверхности полимера. Интенсивность процесса активирования зависит от температуры и концентрации кислорода, увеличивающейся в зоне активирования по мере удаления от светлого ядра горящего факела к его верхней окислительной зоне. Кроме того, на интенсивность процесса влияет количество кислорода в газовой смеси.

На практике используются два метода активирования поверхности пленок газовым пламенем [7]. Первый из них предусматривает обжиг изделия непосредственно в пламени газовой горелки. При втором используются только газы, нагретые до высокой температуры. Чтобы не произошло подплавление или возгорание пленки, она интенсивно охлаждается с тыльной стороны. Так, на схеме, приведенной на рис. 3.13, охлаждение пленки с тыльной стороны осуществляется валком 7, через внутреннюю поверхность которого пропускается проточная охлажденная вода. Если наблюдается перегрев пленки, то процесс проводят циклически, чередуя кратковременный разогрев с последующим охлаждением.

Еще один способ активирования пленок из полиолефинов — это метод ионизирующего излучения. Однако надо иметь в виду, что этот юо метод дает двойной эффект, причем эффект активизации поверхности как бы вторичен. Основной эффект, достигаемый этим методом, — улучшение механических свойств изделий и увеличение их теплостойкости.

Наиболее широко метод ионизирующего излучения применяется при переработке полиэтиленовых пленок. В качестве источника ионизирующего излучения для их обработки чаще всего используются ускорители электронов.