Регистрация / Вход
Прислать материал

Влияние поверхностной модификации на проницаемость полимерных пленок, применяемых в полиграфическом и упаковочном производстве

Сведения об участнике
ФИО
Евдокимов Андрей Григорьевич
Вуз
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Производственные технологии
Тема
Влияние поверхностной модификации на проницаемость полимерных пленок, применяемых в полиграфическом и упаковочном производстве
Резюме
В работе изучены способы повышения барьерных свойств полимерных пленок, используемых в полиграфическом и упаковочном производстве, методом газофазной модификации поверхности оксифторированием. Показано, что режимы обработки фтор-кислородной смесью позволяют получать материалы с заданными свойствами, обусловленными формированием фтор- и кислородосодержащих групп на поверхности материала.
Ключевые слова
Поверхностная модификация полимеров, оксифторирование, полимерные пленки, барьерные свойства, упаковка
Цели и задачи
Разработка способа улучшения барьерных свойств полимерных пленок различной химической природы путем модификации их поверхности методом оксифторирования.
Введение

В полиграфическом и упаковочном производстве в последнее время активно применяются полимерные пленочные материалы. Это связано с активным выпуском товаров народного потребления, в том числе тары для бытовой химии в упаковке из полимеров. Поскольку полимерные материалы характеризуются низкими барьерными свойствами к различным агрессивным средам,  требуется повышение их барьерных характеристик. Настоящая работа направлена на разработку эффективного способа улучшения барьерных свойств полимерных пленочных материалов различной химической природы путем модификации их поверхности методом оксифторирования.

Методы и материалы

Исследования проводили на промышленно изготовленных пленках полиэтилена низкой плотности (толщина 185 мкм),  полипропилена (толщина 50 мкм) и полиэтилентерефталата (толщина 20 мкм). Образцы пленок размером 7х14 см помещали в герметичный реактор из нержавеющей стали, вакуумируемый в 2 этапа до остаточного давления 10 Па. Далее реактор последовательно заполняли воздухом через осушитель с силикагелем, для устранения влаги, и смесью 15% фтора и 85% гелия из расчета получения смесей для оксифторирования состава 15% F2 / 0,1% O2; 11% F2 / 4% O2; 7,5% F2 / 10% O2 (остальное инертные компоненты). Количественно оценку модификации проводили по степени модификации СmА  через отношение массы введенного фтора и кислорода к площади образца. Исследование барьерных свойств исходных и модифицированных пленок проводили в диффузионной ячейке открытого типа из алюминия  по методу Дайнеса-Баррера. В качестве диффузанта использовали н-гептан, что обусловлено низкими барьерными свойствами полиолефинов к низкомолекулярным углеводородам.  Круглый образец пленки диаметром 4 см помещали между двумя масло-бензостойкими прокладками  и закрепляли в корпусе ячейки прижимным фланцем . Корпус заполняли 5 мл исследуемой жидкости  и герметизировали крышкой . Убыль массы диффундирующего вещества измеряли гравиметрическим способом.

 

Описание и обсуждение результатов

В результате проведения модификации полимерных пленок разработанным методом оксифторирования, получили экспериментальные образцы с различной степенью модификации. Наилучшие показатели по степени модификации были достигнуты при 3 ч. эксперименте – более длительная обработка не показала значительного прироста массы, что говорит о насыщенности поверхностного слоя внедренными группами, содержащими фтор и кислород. На подготовленных образцах модифицированных полимерных пленок провели ИК-Фурье спектроскопию в режиме МНПВО с целью качественной оценки состава вводимых в макромолекулу полимера групп. Показано увеличение интенсивности поглощения для фторированных образцов в области 1000-1300 см-1, соответствующей колебаниям связей CF, CF2, CF3, причем интенсивность полос поглощения этих связей снижалась в случае добавления в газовую смесь кислорода. При этом отмечали характерный рост поглощения в области 1600-1900 см-1, которая относится к колебаниям карбонильных групп. Проведенные по методу Дайнеса-Баррера исследования проницаемости показали, что с введением в газовую смесь кислорода показатели проницаемости по гептану для ПЭНП и ПП несколько снижаются, в сравнении с фторированием с содержанием кислорода 0,1%, что может быть связано с окислением поверхности полиолефинов. Для ПЭТФ выявили обратную зависимость – барьерные свойства образцов, модифицированных в смеси с преобладанием кислорода, на порядок выше фторированных. По графическим зависимостям массы диффундировавшей жидкости от времени рассчитали значения основных показателей барьерных свойств полимеров: коэффициенты диффузии (D), проницаемости (Р) и сорбции (S). Анализ полученных результатов показывает, что введение кислорода в газовую смесь при фторировании положительным образом сказывается на барьерных свойствах ПЭТФ, увеличивая его стойкость к углеводородным жидкостям. В случае ПЭНП и ПП наибольшее снижение проницаемости наблюдается при модификации полимерных пленок с минимальным содержанием кислорода. В тоже время, для случая модификации поверхности ПЭНП и ПП смесями фтора с кислородом с большим содержанием последнего, достигаемые показатели проницаемости значительно ниже исходных образцов. Способ оксифторирования целесообразно использовать в случае подготовки запечатываемых материалов, так как кислородосодержащие группы способствуют гидрофилизации поверхности, аналогично плазмохимической модификации [1]. Кроме того использование фторирования на ряду с оксифторированием позволит использовать разные режимы обработки для внутренней и внешней стороны пленки, что положительно отразится как на барьерных, так и на печатных свойствах материала. Этот же прием можно использовать для создfния на поверхности полимера гетерогенных (мозаичных) структур [2,3].

 

Используемые источники
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы» (Соглашение №14.607.21.0139 от 27.11.2015 года).

[1] Ф.А.Доронин, А.Г.Евдокимов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2015. № 6. С. 27.
[2] В.Г. Назаров Поверхностная модификация полимеров. - М.: МГУП. 2008. - 280 с.
[3] В.Г. Назаров, В.П. Столяров, М.В. Гагарин // Моделирование процессов направленной диффузии жидкостей по сформированным на полимерных пленках поверхностным микроразмерным каналам. высокомолекулярные соединения. Серия А, 2015, том 57, № 3, с. 274–283
Information about the project
Surname Name
Evdokimov A.G.
Project title
Surface oxyfluorination effect on the permeability of the polymeric films used in the printing and packaging industry
Summary of the project
In this work studies the ways to improve the barrier properties of polymer films used in the printing and packaging industry, by gas-phase modification of the surface oxyfluorination effect. It is shown that the processing modes fluoro-oxygen mixture allows to obtain materials with specified properties due to formation of oxygen-containing groups and fluorine on the surface of the polymeric material.
Keywords
Surface modification of polymers, oxyfluorination effect, polymeric films, barrier properties, packaging