DE1767025A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer hydrophilen Oberflaeche oder Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberflaeche eines Stoffes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer hydrophilen Oberflaeche oder Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberflaeche eines Stoffes

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Description

P A T E N T A N W A L' T ^.*>> , ' 11* Mär* 1968
DR-ING-WOLFF7H-BARTELs, ■·■ 7fA T N UJE TsTRASsE5i
DR.BRANDES, D R--1 N G. HELD .j 7 β 7 Q2 5
Re*.-Nr. 121 288
Eastman Kodak Company, BochesterB Staat New Vereinigte Staaten von Amerika > .
Verfahren und Vorrichtung- zur Erzeugung einer hydrophilen Oberfläche ader Verbesserung der hydrophilen.Eigenschaft der Oberfläche eines Stoffes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Stoffes, um die suvefe hydrophobe Oberfläche hydrophil su machen oder die hydrophile Eigen se ha. ft der 0ber>f3.äehe zu verbessern, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens« '*
Es 1st bekanntB durch eine solche Behandlung die Haftfähigkeit der Oberfläche für Tinte, Farben» Klebstoffe oder andere BesehichtUngen zu verbessern» Vor allem bei Polymere* wie s»B» Polyäthylen, ist eine solche Behandlung üblich. Früher wurde die hydrophile Eigenschaft dadurch erseugt, dass man die Oberflache mit einer offenen Flamme behandelt hate Spater wurde dann sin Verfahren vorherrschend»
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ORJGfMAL
bei dem die Oberfläche einer Koronaentladung ausgesetzt wird· Alle bisher bekannten Verfahren befriedigen aber nicht aus verschiedenen Gründen« Beispielsweise führt die Wärmebehandlung häufig zu einer Deformation des behandelten Stoffes oder Körpers« Durch die Koronaentladung erfolgt zwar keine derartige Deformation» jedoch bewirkt sie häufig die Bildung feiner Lunker oder Löcher in dem behandelten Stoff· Ferner gelangen bei dieser fe Behandlung Ladungen auf oder in den behandelten Stoff, die bei der späteren Handhabung des Stoffes eine Reihe von Problemen schaffen· Schliesslich lassen sich mit allen bekannten Verfahren Körper mit einer komplizierteren Form, beispielsweise Flaschen, Kugeln usw.,nicht zuverlässig behandeln·
Bei Versuchen in neuerer Seit zur Verbesserung des Koronaentladungs-Verfahrens wurde das zu behandelnde Material nicht zwischen die Entladungselektrode und " die Gegenelektrode gebracht, sondern der Entladungsetrom wurde in einer Bahn geführt, die lediglieh nahe der zu behandelnden Oberfläche verlief» Es wurde auch ein
ein
schwacher Luftstrom oder/aus einem anderen Gas bestehender
abStrom verwendet, um den Koronastrom/zu-lenken. Dadurch sollte erreicht werden, dass der Koronastrom das behandelte Material nicht beschädigt« Diese verbesserten bekannten Verfahren führen aber trotzdem noch gelegentlich so Beschädigungen der behandelten Oberfliehe, bedingt durch .geladene Teilchen· Ausserdem sind auch die nach der
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Behandlung auftretenden Problemef die von den auf die Oberfläche aufgebrachten Ladungen herrühren, nach wie vor vorhanden· Bei den vorstehend erwähnten Versuchen mit dem Koronäentladungs-Verfahren wurde gefunden, dass ein Luft et rom j, der über die der Entladung ausgesetzte Fläche geleitet wird, denjenigen Bereich der behandelten Ober*» flächeß in dem diese hydrophil geworden ist, in Richtung des Luftstromes wesentlich verbesserte. Daraufhin wurden weitere Versuche durchgeführte um festzustellen welche Wirkung Ströme verschiedener Oase auf diese Ausdehnung des wirksamen Bereichs der Koronaentladung haben. Hierbei wurden Sauerstofffl Stickstoff und Helium Ober die vom Koronaetrom beaufschlagte Fläche geblasen· Es seigte SiOh0 dass Stickstoff und Helium bei der Erzeugung einer hydrophilen Fläche wirksamer sind als Luft oder Sauerstoff, und zwar um mehrere Qrössenordnungen«
Der Erfindung liegt die Aufgabe tu Grunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren su schaffen, mit dem eine hydrophobe Oberfläche hydrophil oder die hydrophile Eigenschaft einer Oberfläche verbessert werden kann, ohne dass hierbei die bei den bekannten Verfahren vorhandenen Nachteile auftreten·
Diese Aufgabe 1st erfindungsgeraäss dadurch gelöst, dass ein das elektrisch angeregt und in eine aktivierte Form Obergeführt wird und dass die su behandelnde Ober* fläche einem Gas dieser aktivierten Form enthaltenden
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Strom ausgeartet wird·
Die elektrische Anregung eines Gases zur Erzeugung einer aktivierten Form bereitet keine Schwierigkeiten, da hierzu beispielsweise .das Gas lediglich einer Koronaentladung ausgesetzt zu werden braucht· Das erfindungsgemflsse Verfahren 1st daher einfach durchzuführen· Da die behandelte Oberflache weler einer Koronaentladung noch einer Wärmestrahlung ausgesetzt ist, sind auch die damit cusaramenhingenden Naohteile beseitigt·
Om zu verhindern, dass dasionen, die bei der Anregung des Qaaes mittels des Koronaatromes gebildet werden können, die su behandelnde Oberfläche errelohen, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehen, dem in die aktivierte Form übergeführten Gas die geladenen Teilehen su entziehen, ehe es auf die zu behandelnde Oberfliehe auf· trifft· Eine solche Entziehung kann in einfacher Welse mittels eines elektrischen Feldes erfolgen, das die Ionen ablenkt, die elektrisch neutralen Teilchen des Oasstromes dagegen unbeeinflusst passieren lässt«
Al* besonders geeignet for das Verfahren hat sieh , Argon, Helium, Wasserstoff, Crypton, Neon, Stickstoff und Xenon erwiesen·
Die ferner der Erfindung zu Orunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
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Verfahrens zu schaffen8 die einfach im Aufbau ist und
betriebssicher arbeitet, ist erfindungsgemäss duroh die die Vereinigung einer Einrichtung zur Bildung einer aktivierten Form eines von einer Oasquelle zügeführten
Oases durch elektrische Anregung» einer geladene Teilchen
der aktivierten Form des Gases entziehende Ionenfalle und eine einen Strom aus den elektrisch neutralen Teilen des aktivierten Oases auf die su behandelnde Oberfläche Λ richtenden Einrichtung gelöste
Ία einseinen kann die Ausbildung der erflndungsgeraflssen Vorrichtung so getroffen sein, dass ein rohrförraiger Körper vorgesehen ist, an dessen beiden Enden ein Einlass für das Oas bzw· eine den Strom aus den elektrisch neutralen Teilen des aktivierten Oases auf die su behandelnde Oberflfiche richtenden Düse angeordnet sind und in dem in einem dsm Einlass zugekehrten Abschnitt eine Elektronen aussendende Elektrode und in einem |
zwischen diesem Abschnitt der Düse liegenden Abschnitt zumindest eine die Ionenfall . bildende Elektrode angeordnet ist·
Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemlssen Vorrichtung la einseinen erlttutert* Die einzige Figur zeigt «inen Lingssohnitt des schematise!) dargestellten Ausfahrungsbeisplels und eine Seitenansicht
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eines zu behandelnden Bandes·
Eine Vorratskammer 1, in der das fflr die Behandlung vorgesehene Gas, beispielsweise Arson, Helium, Wasserstoff, Cryρtön, Neon, Stickstoff, Sauerstoff oder Xenon, unter Druck stehend enthalten ist, ist über ein Ventil 2 mit einer als Oanses mit 3 bezeichneten Anregumts stufe verbunden. Die Anregungsstufe 3 weist einen an das Ventil 2
fe angeschlossenen Kanal 13 auf, in den eine Entladungselektrode H in Kanallingsriohtung verlaufend angeordnet ist· Eine Gegenelektrode 5 umgibt lsi Abstand den Kanal zumindest in demjenigen Bereich, Ober den sieh die Ent· ladungeelektrode k erstreckt· Die Elektroden H und 5 sind an einen Generator 14 angeschlossen, der ein· hochfrequente Spannung erzeugt· Diese Soannung 1st so hoch, dass eine kontinuierliche Emission von Elektronen aus der Elektrode gegen die Elektrode 5 erfolgt· Diese Elektronenemission hat zur Folge, dass «mindest ein Teil des Oases, das
™ von der Vorratskammer 1 kommend den Kanal 13 durchströmt, derart angeregt wird, dass es ein höheres Energieniveau erreicht, woduroh eine aktivierte Form des Oases gebildet wird·
An den Kanal 13 sohlleset sioh «An Kanal 15 einer als Oanses mit 6 bezeichneten Ionenfalle an· In dem im Au·· fOhrungsbeispitl gegenüber dem Kanal 13 erweiterten Nittelabsohnitt des Kanals 1$ sind eine negative Platte
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und eine positive Platte 8 eynmetrlseh sur Lingsaohse dee Kanals 1*1 angeordnet , wobei der Abstand der beiden
Platten 7 und 8 voneinander im Aüsfuhrungsbelsplel etwas
grösser ist als der Durehmesser des Kanals 13· Der aus dem Kanal 13 austretende Gasstrom passiert daher die
Ionenfalle 6 «wischen den beiden Platten 7 und 8, die
de« Gasstrom die geladenen Teilehen entziehen, die bei der elektronischen Anregung in der Anregungsstufe 3 gebildet worden sind. Lediglich der elektrisch neutrale |
Teil des aktivierten Oases gelangt unbehindert durch die Ionenfalle 6 hindurch und tritt aus der Vorrichtung durch
eine Düse 4 aus, die sich an den Kanal 14 ansohliesst·
Die Dfiee 9 richtet den Gasstrom gegen die su behandelnde Oberfläche, die im Ausfflhrungsbelspiel die Oberfläche eines Bandes 10 1st, das sich von einer Vorratsspule an dem Behandlungsbereieh vorbei su einer Aufwiokelspule bewegt·
Besonders su beachten 1st, dass das Band 10 bei dieser Behandlung keiner grossen Erwärmung ausgesetzt 1st, die su einer Temperaturerhöhung während der Behandlung fOhren könnte, so dass keine Deformation des Bandes auftreten kann. Ferner wird das Band nicht mit irgendwelchen geladenen Teilohen beaufschlagt, wodurch ein Abtragen oder die Bildung von Löchern in der behandelten Oberfliehe ausgeschlossen ist· Ferner ist von Bedeutung, dass das Band weder in Berührung mit geladenen Teilen oder Elektroden kommt noch
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in deren Nihe vorbelliuft, so-dass das Band kein· unerwünscht Ladung halten kann. Dies vereinfacht die Handhabung und die Lagerung nach der Behandlung sehr· Schlleeelleh ist ▼on Vorteil, dass auch Gegenstände mit einer ungewöhnlichen Fora der variabler Dloke und Abmessungen leicht, aber trotidem wirkungsvoll»behandelt werden kOnnen, indem «an •le in den aus dem elektrisch neutralen, aktivierten las bestehenden Strom bringt, der aus der Düse 9 austritt.
Om die Konstruktion einer erflndungsgemlssen Vorrichtung su erleichtern« sei darauf hingewiesen, dass die Wirksamkeit der aktivierten Form des Oases bei der Erzeugung der ge· wünschten hydrophilen Eigenschaft exponentiell mit der Entfernung abnimmt« Ober die das aktivierte Gas trans* portlert werden muss, bis es su der behandelnden Oberfläche gelangt,und dass die Wirksamkeit des aktivierten Gases auch bei einem Aufprall auf eine grosse Masse verloren« geht.
Die folgenden Beispiele sollen der weiteren Erläuterung der Erfindung dienen«
Beispiel 1»
Das Im folgenden beschriebene Gerat diente dasu, su «eigen, dass eine elektrostatisch neutrale, aber chemisch aktivierte Form des Oases, die man bei einer Reihe von Oasen erhalt, wenn sie durch eine elektrische Entladung geleitet werden,
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λ' in der Lage ist, die Oberfläche einer Reihe verschiedener Stoffe in der Weise zu Ändern, dass sie starker hydrophil werden· Das Gerät bestand aus einer Quelle reinen Oases, einer Anregungskammer, einer Ionenfalle und einem Halter für die su behandelnde Probe· Die Anreeun^skammer besass eine stabförmige Elektrode aus rostfreiem Stahl mit einem Aussendurohmesser von etwa 3»2 mm, die in der Längsachse eines Rohres aus Pyrexglas mit einem Innendurchmesser von etwa 6,3 mm angeordnet war· Das Rohr war auf seiner Aussen* % selte auf einer Länge von etwa 75 mm mit einer Aluminium· folie ummantelt« Bin einseitig geerdeter Tesla -Generator war an die Stahlelektrode angeschlossen und erseugte swlschen diesen und der geerdeten Aluminiumfolie ein hochfrequentes, elektrisches Feld· Die Ionenfalle wies zwei etwa 50 cm lange Platten aus rostfreiem Stahl auf, die mittels Streifen aus Polyfluorethylen in einem Abstand von etwa H,8 ram voneinander gehalten wurden· Zwischen den beiden Platten las; eine Gleichspannung, die genügend hoch war, um alle elektrisch geladenen Teilchen dem durchstrOmendei Gas su entsiehen. Der Halter für die Proben war so ausgebildet, dass die su behandelnde Oberfläche in einer sur Längsrichtung des Gasstromes lotrechten Ebene in einem bestimmten Abstand von der Gasaustrltts5ffnung der Vor· richtung lag·
Wenn Stickstoff verwendet wurde und der etrfleumfadurohfluA
durch die Vorrichtung hindurch 200 cm/Sekunde betrug, telgte eine Prob· aus Polyäthylen, die in einem
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Abstand von etwa 1,6 an von der HQndungsöffnung eines Auslassrohres gehalten wurde, das aus einen kursen Stflok eines Pyrexglasrohres bestand und sioh an die Ionenfalle anschloss, eine bedeutende Erhebung der hydrophilen Eigenschaft nach einer Behandlung von 10 Sekunden·
Die Nessung des Winkel« swisohen der Probenober fliehe und der Tangente lsi Berührungspunkt eines Wassertropfens war eine der Nethoden, die angewendet wurde, um Änderungen der hydrophilen Eigenschaft su prüfen.
Beispiel 2t
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei an Stelle von Stickstoff Helium verwendet wurde· Die Ergebnisse waren in wesentlichen dieselben·
Beispiel 3t
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei an Stelle von Stick· stoff wasserstoff verwendet wurde, wlederm ergab die Behandlung eine Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft·
Beispiel Ht Bei diesen Beispiel wurde an Stelle von Stickstoff Luft
verwendet. Die Behandlungssclt nusste etwa 70 nal so gross gewählt werden, um dieselbe Verbesserun« der hydrophilen
Eigenschaft su erslelen wie bei der Verwendung von Stick·
stoff.
209812/1313 badoriginal
Beispiel 5t
Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme» dass statt Stickstoff Sauerstoff verwendet wurde. Die Ergebnisse waren nahesu dieselben wie bei der Verwendung von Luft.
Beispiel 6t Das Beispiel 1 wurde nlt der Abänderung wiederholt, dass
als Probe ein StOek rostfreien Stahls verwendet wurde, das eine polierte Oberfläche besass. Naeh einer Behandlungsseit von 30 Sekunden war die Oberfläche hydrophiler als luve?»
Beispiel It Das Beispiel 1 wurde «it der Abänderung wiederholt» dass
verschiedene Proben, u.a. Polyester, Celluloseacetat und
Papier behandelt wurden. Alle geprüften Stoffe hatten naeh
der Behandlung eine Oberfläche alt verbesserter hydrophiler
Eigenschaft. Die Behandlungsseit, die erforderlich war, um
eine vorgegebene Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft
su erzielen» unterschied sieh bei den verschiedenen Proben
Jedoch erheblieh·
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1· Verfahren sun Behandeln der Oberfläche eine· Stoffes, um die zuvor hydrophobe Oberfläche hydrophil tu naohen oder die hydrophile Eigenschaft su verbessern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas elektrisch angeregt und in eine aktivierte Form übergeführt wird und dass die su behandelnde Oberfläche einem Gas dieser aktivierten Form enthaltenden Strom aus «reset et wird·
    2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem in die aktivierte Form Oberere führt en Gas die geladenen Teilchen entsogen werden, ehe es auf die su behandelnde Oberfläche auftrifft·
    3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekeraiselohnet, dass Argon, Helium, Wasserstoff, Crypton, Neon, Stick· stoff oder Xenon als das verwendet wird«
    4« Vorrichtung sur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprflohe 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Ein· richtung (3) sur Bildung einer aktivierten Form eines von einer Gasquelle sugefOhrten Gases durch elektrische Anregung, eine dem aktivierten Gas die elektrisch geladenen Teilchen entsiehende Ionenfalle (6) und eine einen Strom aus den elektrisch neutralen Teilchen des aktivierten Gases auf die su behandelnde Oberfläche richtende Einrichtung (9). 209812/1313
    BAD ORIGINAL
    5* Vorrichtung nach Anspruch ht gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Körper (13» 15)» an dessen beiden Enden ein Einlass für das Qas bzw. eine den Strom aus den elektrisch neutralen Teilchen des aktivierten Oases auf die tu behandelnde Oberfläche richtende Düse (9) vorgesehen sind und in dem in einem dem Einlass su«cekehrten Abschnitt (13) eine Elektronen aussendende Elektrode (4) und in einem «wischen diesem Abschnitt und der Düse (9) Hegenden Abschnitt (14) sumlndest eine die Ionenfalle bildende Elektrode (7»R) angeordnet ist»
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    Lee
    r s e i t
DE1767025A 1967-03-24 1968-03-21 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer hydrophilen Oberfläche oder Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche eines polymeren Stoffes Expired DE1767025C3 (de)

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