CH397237A

CH397237A - Verfahren zur Benetzbarmachung schwer benetzbarer Oberflächen

Info

Publication number: CH397237A
Application number: CH936364A
Authority: CH
Inventors: Wladimir Dr Ing Chem Dr Me Tur
Original assignee: Wladimir Dr Ing Chem Dr Me Tur
Priority date: 1963-07-16
Filing date: 1964-07-16
Publication date: 1965-08-15

Description


  Verfahren zur Benetzbarmachung schwer benetzbarer Oberflächen    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren  zur Erhöhung der Festkörperoberflächenspannung  bzw. der Oberflächenenergie von Festkörpern, aus  welchem sich die Möglichkeit der Benetzbarmachung  schwer benetzbarer Oberflächen, z. B. durch Wasser,  ergibt.  



  Es ist bekannt, dass durch Zusatz von     Emulga-          toren    zu Flüssigkeiten, z. B. Wasser, die Oberflächen  spannung der     Flüssigkeit        a   <I>f</I> erniedrigt und     damit     ihre Fähigkeit zu benetzen erhöht werden     kann.    Es  wäre denkbar, den gleichen Effekt auch durch Er  höhung der Festkörper-Oberflächenspannung a, zu  erreichen. Die     Möglichkeit,    .die     Oberflächenspannung     eines Festkörpers dauerhaft zu erhöhen, wurde je  doch bislang in der Praxis nicht in Betracht gezogen,  da dieser Effekt mit der Erhöhung der freien Ober  flächenenergie verbunden ist.  



  Neuere wissenschaftliche Untersuchungen [s. P.-J.  Sell, Z. Physik. Chem., Neue Folge 39 (1963) 322;  A. W. Neumann und P. J. Sell, ibid. 41 (1964) 183;  P. J. Sell and A. W. Neumann, ibid. 41 (1964) 191;  A. W. Neumann und P. J. Sell, Z. Physik. Chem.  (1964)] ergaben, dass zwischen den     grenzflächen-          energetischen    Grundgrössen, nämlich Festkörperober  flächenspannung as,     Flüssigkeitsoberflächenspannun-            gen    af und Grenzflächenspannungen ysf zwischen  Festkörper und     Flüssigkeit    eine Zustandsgleichung    ±' (ass af, &gamma;es) = O    besteht.

   Auf Grund dieses Umstandes können aus  Messungen von experimentell leicht zugänglichen       Flüssigkeitsoberflächenspannungen        und.    Randwinkel  ü unter Zuhilfenahme der Young'schen Gleichung    6s - &gamma;sf = Of COS 9f    Festkörperoberflächenspannungen as und     Grenzflä-          chenspannungen    &gamma;sf bestimmt werden.

   Die Existenz    der oben genannten     Zustandsgleichung    hat u. a. zur  Folge, dass die Auftragung von a" -Werten gegen cos e  bei festgehaltener     Flüssigkeitsoberflächenspannung     of eine Kurve der in beiliegender Figur skizzierten  Art liefert (das heisst also, es werden Randwinkel  messungen mit ein und derselben     Flüssigkeit,    im vor  liegenden Fall Wasser, gegen Festkörper verschie  dener     Oberflächenspannung,        im    vorliegenden Fall  jeweils unbehandelte und dann mit Benetzer be  handelte Festkörperoberflächen durchgeführt).

   Aus  dem Diagramm ist     unmittelbar    zu entnehmen, dass  kleinere Randwinkel 72 grösseren Festkörperober  flächenspannungen as zugeordnet sind, das heisst die  Behandlung der Festkörper mit Benetzer erhöht die  Festkörperoberflächenspannung. Neuerdings wurde  auch ein Verfahren     bekannt    (s. DAS Nr.<B>1132</B> 329),  nach welchem     Kunststoff,    z. B. Polyäthylen, durch  Behandeln mit einer Aufschlämmung von kolloidalem  SiO2 in Toluol benetzbar gemacht werden soll. Diese  Methode bewirkt eine wenig     befriedigende        Benetz-          barkeit    für Wasser und wässrige Flüssigkeiten und ist  nur .bei gewissen Materialien anwendbar.  



  Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein uni  versell anwendbares Verfahren, mit welchem belie  bige     Oberflächen    nichttextiler Gebilde auf einfache  Art für Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, die diese  Oberflächen normalerweise nicht benetzen, leicht     be-          netzbar    gemacht werden können; insbesondere lassen  sich erfindungsgemäss hydrophobe Oberflächen für  Wasser, wässrige Flüssigkeiten, strömende Luft und  dergleichen benetzbar machen.

      Unter dem Ausdruck Benetzbarmachung wird  eine solche Veränderung der     Grenzflächeneigenschaf-          ten    zwischen Festkörper und     Flüssigkeit,    Dampf oder  Gas verstanden, wie sie im Falle eines     hydrophoben     Festkörpers und Wasser erfindungsgemäss     eintritt.         Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge  kennzeichnet, dass man     mindestens        eine    Verbindung  eines Elementes der 4.

   Haupt- und     Nebengruppe    des  periodischen Systems, mit Ausnahme von Kohlen  stoff und Silicium, auf die Oberfläche des benetzbar  zu machenden Gegenstandes aufbringt oder minde  stens in die an die     Oberfläche    grenzende Schicht des  Gegenstandes einbringt. Die Applikation kann z. B.  bei Kunststoffen durch einfaches Aufstreuen und  anschliessendes kurzes     Erwärmen    des Gegenstandes  auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunkts,  oder durch Zusatz der aktiven Verbindung zur  Kunststoffmasse vor der Verformung erfolgen.

   Ferner  können die Verbindungen der Elemente der 4.     Haupt-          und    Nebengruppe in Wasser oder in geeigneten  Lösungsmitteln gelöst oder suspendiert auf die zu  behandelnde Fläche aufgebracht werden; dies kann  z. B. auch unter Zuhilfenahme des elektrischen  Stroms, beispielsweise unter geeigneter statischer  Aufladung der Oberfläche durch mit elektrischen  Anziehungskräften arbeitende Sprühverfahren und  dergleichen erfolgen. Bei der Applikation in wäss  riger Lösung empfiehlt sich der Zusatz eines     Deter-          gens.    Als Detergentien können kationaktive, anion  aktive oder nichtionogene, die Oberflächenspannung  erniedrigende Stoffe, z. B. Alkylsulfonate oder der  gleichen zugesetzt werden.

   Geeignete nichtwässrige  Applikationsmedien sind z. B. Alkohole, Ketone,  Ester, Äther, Amine oder     Gemische    daraus. Auch  Gemische aus organischen Lösungsmitteln und Was  ser kommen     in    Frage.  



  Auch kann man das aktive Mittel z. B. auf  Kunststoffen mit einem     Lösungsmittel,    das die Kunst  stoffoberfläche anlöst, anbringen. Dadurch wird die  Haftfähigkeit auf der     Oberfläche,    verglichen mit der  bei Anwendung eines inerten Lösungsmittels erziel  baren Haftfähigkeit, erhöht.  



  Zur Benetzbarmachung geeignete Verbindungen  sind organische und insbesondere anorganische Ver  bindungen von Germanium, Zinn, Blei, Titan, Zirkon,  Hafnium und Thorium.  



  Mit vorliegendem Verfahren können insbeson  dere Oberflächen von folgenden Materialien für  Wasser und wässrige Lösungen leicht benetzbar ge  macht werden:  Kunststoffe, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen,  Nylon, Polystyrol, Kunstharze, Galalith, in Form von  geformten Gegenständen, Folien, photographische  Filme;  Paraffine, Stearin, Ceresin, Naturwachse,     Ozo-          kerit,    Asphalt, Mazut, Teer, Vaselin; Naturharze,  Fette und Fettsäuren, Silikone;  polierte Natur- und Kunststeine, keramische Er  zeugnisse, Glas, Glasuren und Emaillen; Mineralien  und Graphit z. B. bei Flotationsverfahren;  natürlicher und synthetischer Kautschuk, Lino  leum, Letter, Kunstleder, Wachstuch,  Stamoid ;  Papier und Papiererzeugnisse, wie z. B.

   Pergament,  Wachspapier und dergleichen; Holz,     polierte    und    mit Politur oder Lack überzogene Holzgegenstände;  mit Ölfarbe oder Lack behandelte Oberflächen;  Haare, Pelze, Horn und Keratine, Chitin, Haut;  polierte Metalle und Legierungen.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich bei  spielsweise anwenden bei sämtlichen Vorrichtungen,  die mit Wasser, strömenden Dämpfen oder Gasen  in Kontakt stehende rotierende Teile aufweisen, bei  zur Zerstäubung oder Beförderung von Flüssigkeiten  und Gasen geeigneten Einrichtungen, z. B. Turbinen,  Zentrifugen, Wasserrädern, Ventilatoren, zur     Benetz-          barmachung    von Kühlflächen, von Luftbefeuchtungs  anlagen, Rechen, Sieben, Leitungen und dergleichen.  Ein weiteres Anwendungsgebiet sind sämtliche Drucke  reiverfahren, bei denen die Oberflächenspannungs  erhöhung des Festkörpers von Bedeutung ist.  



  Die bevorzugte Anwendung des erfindungsge  mässen Verfahrens liegt in der Aufhebung der     Hydro-          phobie    bei Kunststoffen. Das Verfahren gestattet  z. B. das Bedruckbarmachen von Folien aus Poly  äthylen, Polypropylen und dergleichen.  



  Anorganische Salze der genannten Elemente wer  den im     erfindungsgemässen    Verfahren bevorzugt ange  wandt; gegebenenfalls können Salze von verschie  denen Elementen der 4. Haupt- und Nebengruppe  gemischt sowie Ammonsalze zur Wirkungssteigerung  zugesetzt werden. Zur Verhinderung einer Hydrolyse  und zur Erhöhung des Effektes empfiehlt sich ferner  ein Zusatz von schwachen Säuren wie Weinsäure,  Sulfaminsäure und dergleichen oder verdünnter Mine  ralsäure, wie z. B. Salzsäure.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur     Benetzbar-          machung    von schwer     benetzbaren    Oberflächen für       wässrige    Flüssigkeiten, Dampf, Luft oder deren Ge  misch ist billiger und wirksamer als die bisher zu  diesem Zweck angewandten     Verfahren.    Man behan  delt die     benetzbar    zu machenden Oberflächen z. B.  durch einfaches kurzes Eintauchen in oder Be  sprühen mit der die aktive Verbindung enthaltenden  Lösung, oder gegebenenfalls unter Verwendung mo  derner     Applikationsmethoden,    die mit elektrischer       Aufladung    der zu behandelnden Oberfläche arbeiten,  wonach z.

   B. ebenfalls durch Eintauchen oder Be  sprühen gespült wird.  



  Es kann z. B. mit Wasser, Lösungsmitteln oder  schwachem Alkali gespült werden. Im Verlaufe dieser  Arbeitsweise     bildet    sich auf der behandelten Ober  fläche ein     chemisch    beständiger Überzug, der sich  mechanisch entfernen lässt. Diese Tatsache lässt sich  dazu benützen, die Wirkung des erfindungsgemässen  Verfahrens auf Teilen der behandelten Oberfläche  rückgängig zu machen, beispielsweise zwecks Be  schriftung oder dergleichen. Mechanisch nicht mehr  rückgängig zu machende Effekte lassen sich durch  Einverleibung der aktiven Verbindung in die     benetz-          bar    zu machende Oberfläche, z. B. auf die vorstehend  angedeuteten Arten, erzielen.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren wird anhand  der folgenden Beispiele näher erläutert:      <I>Beispiel 1</I>  Polystyrol wird bei Zimmertemperatur kurz in  eine Lösung aus 100 g SnCl2 * 2 H20, 30 g 15 % igem  TiCl3, 60 g Ammoniumchlorid und 0,3 g     Alkyl-          sulfonat    in 1000g Wasser eingetaucht, mit Wasser  abgespült und getrocknet. Man erhält eine gut     be-          netzbare    Oberfläche.  



  Anstelle der in vorstehendem Beispiel genannten  Behandlungslösung können auch Lösungen folgender  Zusammensetzung verwendet     werden:     
EMI0003.0005     
  
    <I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb>  100 <SEP> g <SEP> Zirkonoxychlorid
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Titantrichlorid <SEP> 15 <SEP> %ig
<tb>  1 <SEP> g <SEP> Alkylsulfonat
<tb>  1 <SEP> 1 <SEP> Wasser.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> 1n <SEP> NaOH <SEP> und <SEP> dann <SEP> mit <SEP> Wasser.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 3</I>
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Zinn(II)-chlorid
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Zirkonoxychlorid
<tb>  1 <SEP> 1 <SEP> Wasser
<tb>  1 <SEP> g <SEP> Alkylsulfonat.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> Wasser.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 4</I>
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Zinn(II)

  -chlorid
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Bleiacetat
<tb>  50 <SEP> g <SEP> Salzsäure <SEP> konz.
<tb>  1 <SEP> g <SEP> Alkylsulfonat
<tb>  1 <SEP> 1 <SEP> Wasser.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> Wasser.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 5</I>
<tb>  100 <SEP> g <SEP> Zirkonoxychlorid
<tb>  1 <SEP> 1 <SEP> Wasser
<tb>  1 <SEP> g <SEP> Alkylsulfonat.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> 1n <SEP> NaOH <SEP> und <SEP> dann <SEP> mit <SEP> Wasser.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 6</I>
<tb>  100 <SEP> g <SEP> Bleiacetat
<tb>  800 <SEP> g <SEP> Wasser
<tb>  100 <SEP> g <SEP> Äthanol
<tb>  150 <SEP> g <SEP> 1n <SEP> NaOH
<tb>  1 <SEP> g <SEP> Alkylsulfonat.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> 96%igem <SEP> Äthylalkohol <SEP> und <SEP> dann
<tb>  mit <SEP> Wasser.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 7</I>
<tb>  100 <SEP> g <SEP> Germaniumdichlorid
<tb>  80 <SEP> g <SEP> Salzsäure
<tb>  1000 <SEP> g <SEP> Wasser
<tb>  2 <SEP> g <SEP> 

  Alkylsulfonat.
<tb>  Spülen <SEP> mit <SEP> Wasser.     
EMI0003.0006     
  
    <I>Beispiel <SEP> 8</I>
<tb>  200 <SEP> g <SEP> SnCl2  <SEP> 2 <SEP> H20,
<tb>  gelöst <SEP> in <SEP> 1000 <SEP> g <SEP> Propylenglykol.
<tb>  <I>Beispiel <SEP> 9</I>
<tb>  200 <SEP> g <SEP> SnCl2 <SEP> . <SEP> 2H20,
<tb>  gelöst <SEP> in <SEP> 1000 <SEP> g <SEP> Aceton.

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Benetzbarmachung schwer benetz- barer Oberflächen nichttextiler Gebilde, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens eine Verbin dung eines Elementes der 4. Haupt- und Neben gruppe des periodischen Systems, mit Ausnahme von Kohlenstoff und Silicium, auf die Oberfläche des benetzbar zu machenden Gegenstandes aufbringt oder mindestens in die an die Oberfläche grenzende Schicht des Gegenstandes einbringt. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die wirksame Verbindung in Wasser in Gegenwart eines Detergens oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst aufbringt. 2.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die wirksame Verbindung in einem Wasser-Lösungsmittel-Gemisch gelöst auf bringt. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die wirksame Verbindung auf die Oberfläche aufstreut oder einer Formmasse, aus der der benetzbar zu machende Gegenstand gebildet wird, einverleibt. 4. Verfahren nach Unteranspruch 1, zur Benetz- barmachung von Kunststoffoberflächen, dadurch ge- kennzeichnet, dass man die wirksame Verbindung in einem Lösungsmittel, das die Kunststoffoberfläche anlöst, aufbringt. 5.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Applikation unter elektrischer Aufladung der benetzbar zu machenden Oberfläche erfolgt. 6. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung einen zusätzlichen Gehalt an einer organischen oder Mineralsäure auf weist. 7. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Alkohole, Ester, Äther, Ketone, Amine oder Gemische daraus verwendet werden.