Диссертация (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати), страница 12

Для количественной характеристики взаимодействияполотна термопрессованного при температуре выше 120ºС с каплей водыизмеряли время впитывания, за которое принимали средний интервал времени отмомента соприкосновения поверхностей капли и материала до полной абсорбциисодержимого капли объемом материала (t ср ), контролируемого видеосъемкойпо времени исчезновения криволинейной границы жидкой фазы над плоскойповерхностью полотна. Кроме этого, исследовали и сравнивали процессвпитывания капель воды и гидрофобных жидкостей (н-декан, н-гептан) в68исследуемые нетканые полотна и волокнисто-пористые материалы известнойструктуры,носмачиваемостьразличного(Таблица 2).химическогоВязкостьсостава,н-деканаиопределяющеговодыодинакова,ихноповерхностная энергия отличается в 3 раза, поэтому существенные различия вскорости их впитывания в волокнисто-пористые материалы обусловленыособенностямисоставамежмолекулярногоиструктурывзаимодействияволокнообразующих полимеров [110].молекул,жидкостейопределяющимиссилыповерхностью69Таблица 2.

Отталкивание и впитывание капель жидкостей в нетканыеполотна (НП), ткани и бумагу различного составаВремя впитывания t ср , с№С 7 Н 16Волокнисто-пористый материал (марка)С 10 Н 22Н20(н(н-декан)гептан)Волокнисто-пористые материалы промышленного изготовления1Нетканое полотно(НП)из ПП волокон> 100<0.08<0.08«Агротекс 17»2НП из ПП волокон «Агротекс 42»> 100<0.08<0.083НПиз ПП волокон «Агротекс 60»> 100<0.08<0.084Нетканое полотно из смеси ПП и БКВ (1:1)∞<0.04<0.045Ткань из Х/Б волокон0.68<0.08<0.086Ткань из Х/Б волокон (88%) иПА(12%)0.32<0.08<0.087Ткань из Х/Б волокон ( 80% ) и ПА (20%)0.16<0.08<0.088Ткань из ПЭТФволокон>1000.28<0.089Бумага фильтровальная3.53.71.810Бумага офсетная> 1008.63.511НП из смеси ПЭТФволокон и БКВ (1:1)0.08<0.04<0.04оДопечатная термообработка НП прессованием при 150 С12НП из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки в контакте с толуолом в3< 0.1< 0.1течение5 с13НП из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки в контакте с толуолом в300< 0.1<0.1течение 20 с14НП из смеси ПП и БКВ (1:1) послетермообработки в контакте с толуоломв∞<0.1<0.1течение 60 с15НП из смеси ППволокон и БКВ (1:1) послетермообработкивконтактес > 100<3–изопропиловым спиртом 30 с при 150 ºС16НП из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки в контакте с н-гептаном > 100<1–30 с при 150 ºС17НП из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки в контакте с о-ксилолом > 30<1–30 с при 150 ºС18НП из смеси ПЭТФволокон и БКВ (1:1)после термообработки в контакте с∞<0.1<0.08толуолом 60 с при 150 ºС70Нетканые полотна из полипропиленовых волокон фирмы «Агротекс» присущественном различии плотности и пористости одинаково гидрофобны (t ср >>100 с) и легко проницаемы для жидких углеводородов жирного ряда н-алканов.Аналогичными свойствами обладает ткань из полиэфирных волокон (№ 8).

Ткани,содержащие хлопчатобумажные (Х/Б) волокна и смесь Х/Б волокон сполиамидными волокнами (ПА) гидрофильны и впитывают воду тем быстрее, чембольше в них содержание синтетического волокна полиамида, дополнительноразрыхляющего структуру полотен. В середине таблицы 2. показаны бумажныематериалы, которые изготовлены из гидрофильного полисахарида – целлюлозы,но, не смотря на полярность макромолекул, существенно отличаются поспособности впитывать Н 2 О вследствие различия в 3 раза среднего размера пор ифизико-химической обработки модифицированной канифолью волокон офсетнойбумаги.

Нетканое полотно из гидрофобных ПЭТФ волокон (№ 11) наоборот легкопропускает воду, по-видимому, за счет наличия крупных пор, образованныхпереплетением жестких волокон из полимера.Анализ данных измерения времени впитывания капель жидкостей вволокнисто-пористые материалы позволяет заключить, что знание химическогостроения и полярности волокнообразующих полимеров недостаточно дляопределения их способности впитывать воду и водные типографские краски.Размеры пор и наличие жестких гидрофобных волокон в составе полотен можеткачественно изменить массоперенос жидкости в волокнисто-пористом материале.Разработанная в диссертации методика экспериментальной оценки смачиваемостиполотен позволяет выбрать оптимальное решение для допечатной подготовкиволокнисто-пористых материалов.Установлено, что допечатная обработка термопрессованием нетканыхполотен способна изменить их смачиваемость и абсорбционную способность.71Рисунок 3.5 Зависимость времени впитывания капель водыв поверхностный слой нетканого полотна от температуры прессованияматериала из смеси ПП и БКВ волокон в течение 60 сПри увеличении температуры и времени термопрессования нетканогополотна среднее время впитывания уменьшается (Рисунок 3.5), а затем по мереуплотнения структуры материала происходит второе качественное изменениепроцесса характера взаимодействия капли воды с волокнисто-пористымматериалом.

Впитывание прекращается, и наблюдается растекание капли поповерхностиуплотненногоматериала.Крайнимслучаем–результатомпрессования нетканых материалов из термопластов является превращение егоповерхности в полимерную пленку, особенности взаимодействия которой скаплями воды рассмотрены ниже в Главе 5.Для ускорения и управления процессом впитывания воды из гидрофильныхкрасок (чернил) в нетканые полотна, содержащие полипропилен, получаетсявоздействоватьнетольконапористуюструктуруполотен,ноинамикроструктуру поверхности полимерных волокон, осуществляя термообработкув контакте с органическими жидкостями [111].

Термообработка запечатываемыхучастков поверхности через стеклоткань, смоченную изопропиловым спиртом, о-72ксилоломилитолуолом,позволяетполучатьэффектограниченнойвпитываемости воды в нетканое полотно за существенно меньшее время, чемвремя впитывания после термопрессования в воздушной среде (Таблица 2).Быстрое впитывание жидкости в запечатываемый материал приводит кчрезмерному увеличению расхода краски и повышению стоимости маркировки.Для сокращения потерь краски за счет излишнего впитывания и повышенияпечатных свойств полотен производили структурную модификацию поверхностиволокнообразных полимеров с использованием органических жидкостей: нгептана, изопропилового спирта, н-декана и толуола, усиливающее действиекоторого на адгезию красок к полипропилену обнаружено ранее в работе [111].Для дозированного введения модифицирующей жидкости в поверхностный слойнетканого полотна прижим нагревающегося элемента термосварочного аппарата кповерхности материала осуществляли через стеклоткань, пропитанную летучимиорганическими жидкостями [112].

Стеклоткань в качестве средства подачижидкостей была выбрана вследствие ее физической и химической инертности кним и высокой механической прочности при температуре до 200 ºС. Этот приемпозволяетоперативноизменятьмикрорельефповерхностиволоконполипропилена и адгезионные свойства нетканого материала в целом.Для количественной характеристики изменения свойств модифицированнойповерхности были измерены краевые углы смачивания по методике [113]. Капляводы на поверхности нетканого полотна, подвергнутого кратковременномутермопрессованию при 130ºС и выше с одновременной обработкой толуолом втечение 30 и 60 с не отталкивается волокнами поверхностного слоя полотна,принимает статичное положение на поверхности и не впитывается.

Равновесноесостояние капли позволяет точно измерить краевой угол смачивания и построитьграфик его зависимости от температуры термопрессования с одновременнойобработкой поверхности толуолом (Рисунок 3.6).73Рисунок 3.6 Зависимость краевого угла смачивания водой нетканого полотна оттемпературы термообработки в прессе через стеклоткань, смоченнуютолуолом. Время обработки толуолом 30 с, давление 350 кПаКраевой угол смачивания пленок полипропилена водой, измеренный пометодике [113] на лабораторном стенде, описанном в разделе 2.2, составляет93±2о. Угол смачивания водой пленок ПЭТФ составил 72о [114].

Поверхностьнетканого полотна, уплотненного термомодификацией под давлением, состоит изсмеси волокон ПЭТФ и ПП, гидрофобность которых оказалась существеннобольше и после термообработки 130-150ºС соответствует углу смачивания –120±4град. Увеличение же температуры термопрессования в комбинации собработкой толуолом изменяет краевой угол смачивания в сторону увеличения на40град. После обработки нетканого полотна, уплотненного термомодификацией вконтакте изопропиловым спиртом, о-ксилолом и н-гептаном при 150 ºС,гидрофобность полотна, оцениваемая по времени впитывания, капли воды, такжеувеличивается, но менее интенсивно, чем при обработке в контакте с толуолом(Таблица 2).74С учетом известных значений критического поверхностного натяжения ППи ПЭТФ или экспериментально определенных углов смачивания водой ПП иПЭТФ [115, 116] можно предположить, что более гидрофобные волокна ПП (уголсмачивания полипропилена 93±2о), не преобладающие в составе «ворса», новыступающие над поверхностью полотен вследствие их большей толщины именьшей гибкости при переплетении, обуславливают «эффект лепестков розы»[117].Капливодыудерживаютсягидрофобнойповерхностьюволоконполипропиленового ворса и (Рисунок 3.4) над полотном длительное время.Уплотняющаятермообработкаволокнистыхполотенпрессованиемпритемпературе, близкой к температуре плавления полипропилена (160-180 оС),позволяет каплям воды проникать в пористую структуру материала за время, независящее от наличия гидрофобных волокон в составе ворса.