CZ27716U1 - Kompozice roztoku pro nanášení ultratenkých vrstev, zejména na povrch extrudovaných polyesterových fólií - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká kompozice roztoku pro nanášení ultra-tenkých vrstev zejména na povrch extrudo váných polyesterových fólií. Řešení je určeno pro využití ve výrobě polymemích fólií pro obalový, papírenský, potravinářský a polygrafický průmysl.

Dosavadní stav techniky

Při výrobě polymemích fólií pro obalový, papírenský, potravinářský a polygrafický průmysl se ve značné míře uplatňují polymemí fólie opatřené chemickým nánosem. Tyto fólie poskytují oproti standardním fóliím řadu výhod, např. zvýšenou odolnost vůči působení vysokých teplot, díky níž pak umožňují např. pasterizaci a sterilizaci potravin. Dále mohou nánosy zlepšit antibakteriální chování fólie a bariérové vlastnosti (odolnost vůči prostupu kyslíku), snížit koeficient tření, umožnit pokovení fólie na vysokou optickou hustotu atd. Dalším důvodem pro použití nánosů může být přiblížení povrchové energie polymemí fólie (po opatření nánosem) povrchovému napětí tiskařských barev (reprografických, flexografických a fotocitlivých), zlepšení adheze lepidel, adheze vrstev hologramů, vytvoření antistatických vlastností, atp.

V současné době se pro nanášení tenkých vrstev na extrudované polymemí fólie používá celá řada chemických kompozic ve formě roztoků na vodné bázi. Aktivní složku takové kompozice obvykle tvoří polyester, polyuretan nebo polyakrylát ve formě vodné disperze. Disperzní fáze bývá chemicky a/nebo stericky stabilizována proti agregaci.

Nánosy na bázi polyesteru se díky výsledné povrchové energii přes 60 mJ/m² hodí pro vodou ředitelné barvy, nánosy na bázi polyakrylátu jsou s energií blízkou 40 mJ/m² vhodné spíše pro rozpouštědlové barvy.

Vodné polymemí disperze pro nánosování s výhodou využívají jako disperzní fázi polymer na bázi polyakrylátu. Výhodou je existence široké škály použitelných síťovacích činidel i výsledná hodnota povrchové energie nánosu, umožňující následnou aplikaci rozpouštědlových tiskových barev. Objektivní komplikací, nastávající při procesu nánosování polymemí disperze, je její pěnivost při čerpání a nanášení a nedostatečné smáčení substrátu nánosovacím roztokem (v případě relativně nízké povrchové energie substrátu vzhledem k povrchovému napětí nánosovacího roztoku). Výsledkem je proces nezaručující za každých okolnosti dobré smáčení substrátu.

Pokud je primárním záměrem povrchové úpravy právě zvýšení povrchové energie substrátu, lze místo nánosu použít úpravu pomocí korony. Toto řešení je však náročné z pohledu vstupních nákladů (pořízení a instalace jednotky s koronovým výbojem) a provozních komplikací (možné interference elektrického zdroje korony s ostatními elektrickými zařízeními na lince). Kromě toho dochází na substrátu upraveném koronou k tzv. stárnutí povrchové úpravy, což lze zjednodušeně popsat jako návrat povrchové energie k hodnotám neupraveného substrátu. Tento jev je výrazně urychlován působením zvýšené teploty a vzdušné vlhkosti.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých chemických kompozic pro nanášení vrstev na povrch extrudo váných plastových fólií do značné míry odstraňuje kompozice roztoku pro nanášení ultra-tenkých vrstev zejména na povrch extrudo váných polyesterových fólií, podle technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že kompozice roztoku pro nanášení ultratenkých vrstev je tvořena 99,60 až 99,95 % hmotn. vodné disperze o obsahu 5 až 7 % hmotn. polyakrylátu a 0,05 až 0,40 % hmotn. neionogenního gemini surfaktantu na bázi diolu.

Surfaktanty obecně snižují již od malých koncentrací povrchové napětí kapalin. Povrchové napětí kapaliny klesá s rostoucím přídavkem surfaktantu lineárně až do zlomu při tzv. kritické micelámí koncentraci surfaktantu, kdy molekuly surfaktantu začnou z termodynamických důvodů upřed-1 CZ 27716 Ul nostňovat interakce mezi sebou navzájem. S dalšími přídavky surfaktantu již poté povrchové napětí roztoku klesá výrazně méně. Gemini - surfaktanty obsahují dvě molekuly klasického surfaktantu (polární hlava a nepolární řetězec) spojené v místě polární hlavy můstkem v podobě tuhé molekuly. Tento tuhý můstek zabraňuje intramolekulámí interakci nepolárních řetězců a tvorba micel je tak výrazně omezena. Gemini - surfaktanty díky tomu účinně snižují povrchové napětí kapaliny a účinně zabraňují tvorbě pěny.

Výhody kompozice pro nanášení ultra-tenkých vrstev zejména na povrch extrudováných polyesterových fólií podle technického řešení jsou následující: základní polyakrylátovou disperzi lze použít pro přípravu ultra-tenkých nánosů s plošnou hmotností 0,01 až 0,1 g/m² a povrchovou energií blízkou 40 mJ/m². Díky použití vody jako rozpouštědla není třeba řešit ekologické faktory vyplývající z používání roztoků na bázi organických rozpouštědel. Přídavek gemini - surfaktantu vede k efektivnímu snížení hodnoty povrchového napětí roztoku a je tak zajištěno dokonalé smáčení povrchu substrátu. Optimalizovaný přídavek surfaktantu také vede k potlačení pěnivosti roztoku a nezhoršuje stabilitu roztoku vůči kolísání pH nebo teploty. Při překročení optimálního rozmezí přídavku surfaktantu může dojít ke snížení hodnoty zeta-potenciálu roztoku, což snižuje bariéru vůči agregaci částic disperzní fáze a může se pak negativně projevit na kvalitě vytvořeného nánosu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Výchozí kompozice, sloužící pro srovnání s kompozicemi podle technického řešení, byla připravena smícháním koncentrovaného polyakrylátového latexu s deionizovanou vodou tak, že výsledná sušina polymemí báze v roztoku činila 6,2 % hmotn. Homogenizace probíhala za použití magnetického míchadla opatřeného teflonovým pláštěm, umístěného přímo v roztoku. Výsledný roztok měl následující vlastnosti (při 25 °C a pH 7): střední velikost částic (z-average): (144±4) nm, povrchové napětí: (43,60±0,02) mN/m, zeta-potenciál: (-20,0 ± 0,6) mV.

Příklad 1

Kompozice byla připravena smícháním koncentrovaného polyakrylátového latexu s deionizovanou vodou tak, že výsledná sušina polymemí báze v roztoku činila 6,0 % hmotn. Následně bylo vmícháno 0,113 hmotnostního % neionogenního gemini surfaktantu na bázi diolu. Homogenizace probíhala za použití magnetického míchadla opatřeného teflonovým pláštěm, umístěného přímo v roztoku. Výsledný roztok měl následující vlastnosti (při 25 °C a pH 7): střední velikost částic (z-average): (143,0±0,5) nm, povrchové napětí: (37,0=1=0,6) mN/m, zetapotenciál: (-20,00 ± 0,05) mV. Oproti výchozí kompozici došlo k poklesu povrchového napětí roztoku o 15 %, při zachování velikosti částic a elektrostatické bariéry vůči agregaci částic (hodnota zeta-potenciálu).

Příklad 2

Kompozice připravená smícháním koncentrovaného polyakrylátového latexu s deionizovanou vodou tak, že výsledná sušina polymemí báze v roztoku činila 5,7 % hmotn. . Následně bylo vmícháno 0,386 % hmotn. neionogenního gemini surfaktantu na bázi diolu. Homogenizace probíhala za použití magnetického míchadla opatřeného teflonovým pláštěm, umístěného přímo v roztoku. Výsledný roztok měl následující vlastnosti (při 25 °C a pH 7): střední velikost částic (z-average): (147,0±l,2) nm, povrchové napětí: (29,0±0,2) mN/m, zeta-potenciál: (-12,0 ± 0,2) mV. Oproti výchozí kompozici došlo k poklesu povrchového napětí roztoku o 33 %. Dále došlo k mírnému nárůstu velikosti částic a snížení velikosti elektrostatické bariéry vůči agregaci částic (hodnota zeta-potenciálu). Další zvyšování koncentrace surfaktantu by mohlo vést ke zvýšení hodnoty zeta-potenciálu nad -10 mV a k narušení stability disperze.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné zejména pro přípravu ultra-tenkých nánosů na polymerních fóliích pro potravinářský a obalový průmysl, zejména fólií určených pro další potisk a pokovení.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kompozice pro nanášení ultra-tenkých vrstev zejména na povrch extrudovaných polyesterových fólií, vyznačující se tím, že je tvořena 99,60 až 99,95 % hmotn. vodné disperze o obsahu 5 až 7 % hmotn. polyakrylátu a 0,05 až 0,40 % hmotn. neionogenního

   5 gemini surfaktantu na bázi diolu.