Фотоокисление
Поверхность полимера, на которую направлены ультрафиолетовые лучи или пучок электронов, создает свободные радикалы за счет разрыва макромолекулярных цепей и вырыва атомов водорода. Реакция с кислородом воздуха приводит к образованию перекисных производных, которые превращаются в гидроксильные функциональные, карбонильные и карбоксильные группы.
Фотоокисление является «чистым» способом и отличается очень высоким качеством. Основным недостатком данного метода являются потери мощности, что связано с отражением лучей при ультрафиолетовом облучении и преждевременным поглощением электронов атмосферой при фотоокислении. Учитывая высокую стоимость эксплуатационных расходов на содержание оборудования с частой заменой ламп, все это ограничивает более широкое применение данного метода.
Высокотемпературное окисление: атмосферное старение. Технология заключается в размещении поверхностей полимера на очень короткое время (11/10 секунды, максимум) на определенном расстоянии (5—10 мм) от пламени с высокой температурой (1200°С) в атмосфере, содержащей избыток кислорода (10%-ный избыток). Операция может осуществляться горелкой или тряпичной полумассой: ролик рольганга или ленточный конвейер проходит перед пламенем. Реакции, проходящие в поверхностном слое пластмасс, во многом аналогичны фотоокислению: разрыв цепей, реакции свободных, образование функциональных групп (карбонильных, карбоксильных и гидроксильных). Кроме этого, в пламени происходит полимеризация функциональных групп: аминных, амидных или нитрильных. Преимуществами такой технологии являются: низкая себестоимость оборудования и его эксплуатации, возможность обработки на больших поверхностях малых площадей даже без предварительной обработки шкуркой, высокая скорость, возможность выполнять склеивание на конвейере. Все это сделало данную технологию одной из самых распространенных при обработке поверхностей полиолефинов. К недостаткам относятся: невысокая надежность, трудная совместимость с обезжиривающими установками из-за летучих растворителей.
Используют более мягкие режимы, проводя обработку поверхностей полимеров потоком нагретого воздуха (500—600°С). В этом случае отсутствует открытое пламя, однако стоимость такого оборудования намного дороже. Также существуют ограничения на увеличение производительности, и возможно, деформации полимеров.
Обработка коронным разрядом. Коронный разряд или эффект короны получается в воздухе при атмосферном давлении путем пропускания между двух электродов на расстоянии нескольких миллиметров переменного тока высокой частоты (10-20 кгц) и высокого напряжения (10-20 кВ). Поле ионизации создается сложный поток, состоящий, в основном, из электронов и свободных радикалов, способных начать процесс образования свободных радикалов на поверхности полимеров. В результате изменяются:
- микрошероховатость в результате удаления вырванных фрагментов макромолекулярных цепей;
- структура: уменьшается кристаллическая фаза и увеличивается
- аморфная;
- функциональность макромолекулярных цепей.
Обработка коронным разрядом является безопасным в эксплуатации и абсолютно надежным методом и широко используется для подготовки поверхности полиэтилена. «Экологическая чистота» делает этот метод одним из наиболее перспективных для подготовки поверхностей полимеров.
Ограничение на форму обрабатываемых поверхностей: материал находится в положении диэлектрика между двумя электродами, т.е. обрабатывать можно только тонкие пленки. Решением этой проблемы является технология косвенного коронного разряда, при которой электроды находятся на одной основе, которая смещена на несколько мм над поверхностью, что позволяет обрабатывать материалы независимо от толщины. Однако и при такой технологии нельзя обрабатывать «объемные» детали. Метод используется для обработки плоских предметов в туннелях, оснащенных многочисленными электродами, позволяющими использовать многонаправленную ионизацию (обработка «Lectro-Treat»). Проблемы безопасности: коронный разряд способствует образованию озона, что требует специальных мер по технике безопасности. Проблемы деполимеризации: специалисты в области макромолекулярного синтеза знают, что для каждого полимера существует своя предельная температура, выше которой начинаются процессы его деструкции. Некоторые полимеры начинают разлагаться при сравнительно невысоких температурах, что делает возможным проводить их синтез методом свободных радикалов. Последствием использования метода свободных радикалов является деполимеризация. В условиях коронного разряда результатом будет образование олигомеров. Этим объясняется появление, после обработки полипропилена и других полиолефинов, поверхностных слоев со слабой когезией, которые необходимо устранить путем обезжиривания до склеивания или другой операции. Современное оборудование, оснащенное регуляторами мощности и частоты, способно ограничить образование олигомеров. Также следует соблюдать меры предосторожности, поскольку при деполимеризации некоторых полимеров, образуется формальдегид, который является токсичным продуктом. Проблемы совместимости с последующими операциями склеивания: результатом воздействия коронного разряда является улучшение смачиваемости, что соответствует увеличению полярности, т.е. увеличению параметров взаимодействия донора и акцептора, тогда как рассеивающий параметр мало изменяется. Это очень большое преимущество, однако, при использовании некоторых материалов величина адгезионной прочности зависит от возможности образования между клеем и поверхностью ковалентных и
других связей. Долговечность клеевого соединения трудно обеспечить, если на поверхности раздела фаз находится слой с остаточной гидрофильностью. Небольшой период времени, в течение которого обработанная поверхность сохраняет свою эффективность: эффект обработки коронным разрядом сохраняется всего на протяжении нескольких дней. Рассмотрим некоторые из причин, по которым это происходит:
- активизация вызывается, в основном, образованием функциональных олигомеров, не связанных с материалом, которые постепенно исчезают;
- потеря свободной поверхностной энергии вызвана перегруппировкой, которая блокирует функциональные группы «под» поверхностью;
- активация относится к электростатическому процессу, который по мере рассеивания нагрузки также убывает.
Повышение смачиваемости объясняют повышением, после ионизации, стойкости радикалов. Они не могут быстро вступать в реакцию друг с другом из-за слабой подвижности, но способны взаимодействовать с водой или другими жидкостями, и в результате такого взаимодействия образуются связи. В результате происходит увеличение поверхностной когезии за счет образования поперечных связей.
Загрузка ...