DE1767025B2

DE1767025B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer hydrophilen Oberfläche oder Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche eines polymeren Stoffes

Info

Publication number: DE1767025B2
Application number: DE1767025A
Authority: DE
Inventors: John Standish Rochester N.Y. Hayward (V.St.A.)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1967-03-24
Filing date: 1968-03-21
Publication date: 1974-07-11
Also published as: DE1767025C3; GB1215234A; DE1767025A1; BE712679A; CH483322A; US3526583A; FR1565681A

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer hydrophilen Oberfläche oder Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche eines polymeren Stoffes.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behändlung der Oberfläche eines polymeren Stoffes zum Zwecke der Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften der Oberfläche oder der Umwandlung vom hydrophoben in den hydrophilen Zustand, bei den', ein Gas elektrisch angeregt und dann in einem Strom gegen die zu behandelnde Oberfläche geleitet wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Durch die USA.-Patentschrift 3 309 2W ist bereits ein Verfahren der obengenannten Art bekannt. Eine derartige Behandlung wird bei polymeren Stoffen, z. B. bei Polyäthylen, in dem Bestreben durchgeführt, die Haftfähigkeit der Oberfläche der betreffenden Stoffe für Tinte. Farben, Klebstoffe oder andere Beschichtungen zu verbessern. Aus verschiedenen Gründen ist jedoch das bekannte Verfahren nicht befriedigend. Bei dem bekannten Verfahren wird das Gas einer Gleichstromkoronaentladung ausgesetzt, was zur Folge hat, daß das Gas im wesentlichen nur ionisiert wird. Durch das Auftreffen des ein lonenplasma bildenden Gases auf die behandelte Oberfläche kann es zu einer Beschädigung dieser Oberfläche kommen. Außerdem wird in nachteiliger Weise die mit dem lonenplasma bestrichene Oberfläche elektrisch aufgeladen. Eine solche elektrische Aufladung macht es in der Regel erforderlich, vor der Weiterverarbeitung die Oberflächcnladung zu entfernen, was häufig mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein _6s Verfahren der in Rede stehenden Art Zu schaffen, bei dessen Anwendung die Oberfläche weder mit einer störenden Aufladung, die anschließend wieder

55 entfernt werden mülite, vei sehen wird, noch die Gefahr hesteht, daß die Oberfläche auf Grund der Behandlung derselben beschädigt wird.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten An ist diese Aufgabe erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß Argon, Helium. Wasserstoff, Krypton, Neon, Stickstoff odrr Xenon durch die Strahlung einer hochfrequenten Strahlungsquelle in eine aktivierte Form übergeführt wird und daß dem diese aktivierte Form des Gases enthaltenden Strom zumindest nahezu alle geladenen Teilchen entzogen werden, ehe er auf die zu behandelnde Oberfläche auftrifft.

Dadurch, daß hierbei die Aktivierung nicht mittels einer Gleichstromkoronaentladung, sondern mittels einer Strahlung einer hochfrequenten Strahlungsquelle vorgenommen wird, werden in dem Gas bei der Aktivierung desselben nur wenige geladene Teilchen erzeugt. Völlig überraschend wurde gefunden, daß selbst, wenn auch noch diese restlichen wenigen geladenen Teilchen dem Gasstrom durch eine Ionenfalle entzogen werden, eine sehr wirksame, hydrophilmachende Wirkung von dem Gasstrom auf die behandelte Oberfläche ausgeübt wird. Dadurch, daß die Behandlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mil elektrisch geladenen Teilchen, sondern mit elektrisch neutralen Teilchen erfolgt, findet nicht nur keine störende elektrische Aufladung der Oberfläche stau, sondern es ist auch die Gefahr einer Beschädigung der Oberfläche durch auftreffende Ionen vermieden.

Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich, daß die erforderliche Behandlungsdauer geringer ist als dies bei dtn bekannten Verfahren der Fall ist.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und betriebssicher arbeitet.

Bei einer Vorrichtung mit einer Entladungselektrode zur Aktivierung eines von einer Gasquelle zugeführten Gases und einer Einrichtung, die einen das aktivierte Gas enthaltenden Strom gegen die zu behandelnde Oberfläche leitet, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entladungselektrode als Hochfrequenzstrahlungsquellc ausgebildet ist und daß eine dem aktivierten Gas die geladenen Teilchen entziehende Falle vorgesehen ist.

Im einzelnen kann bei einem Ausführungsbeispiel die Ausbildung der erfindungsgcmäüen Vorrichtung so getroffen sein, daß ein rohrförmiger Körper vorgesehen ist, an dessen beiden Enden ein Einlaß für das Gas bzw. eine den Strom aus den elektrisch neutralen Teilen des aktivierten Gases auf die zu behandelnde Oberfläche richtende Düse angeordnet sind und in dem in einem dem Einlaß zugekehrten Abschnitt eine Hochfrequenz-Elektrode und in einem zwischen diesem Abschnitt der Düse liegenden Abschnitt zumindest eine die ionenfalle bildende Elektrode angeordnet sind.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt des schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels und eine Seitenansicht eines zu behandelnden Bandes.

Eine Vorratskammer 1, in der das für die Behandlung vorgesehene Gas, beispielsweise Argon, Helium, Wasserstoff, Krypton, Neon, Stickstoff, Sauerstoff oder Xenon, unter Druck stehend enthalten ist, ist

über ein Ventil 2 mit einer ills Ganzes mit 3 bezeichneten Anregungsslufe verbunden. Die Anregungsstufe 3 weist einen im das Ventil 2 angeschlossenen Kanal 13 auf, in dem eine Entladungselektrode 4 in Kanallängsriehtung verlaufend angeordnet ist, Eine Gegenelektrode S umgibt im Abstand den Kanal 13 zumindest in demjenigen Bereich, über den sich die Entladungselektrode 4 erstreckt. Die Elektroden 4 und S sind an einen Generator 14 angeschlossen, der eine hochfrequente Spannung erzeugt. Diese Span- iq nung ist so hoch, daß eine kontinuierliche Emission von Elektronen aus der Elektrode 4 gegen die Elektrode 5 erfolgt. Diese Elektronenemission hat zur Folge, daß zumindest ein Teil des Gases, das von der Vorratskammer I kommend den Kanal 13 durchströmt, derart angeregt wird, daß es ein höheres Enorgieniveau erreicht, wodurch eine aktivierte Form des Gases gebildet wird.

An den Kanal 13 schließt sich ein Kanal 15 einer ;ils Ganzes mit 6 bezeichneten Ionenfalle :in. In dem im Ausführungsbeispiel gegenüber dem Kanal 13 erweiterten Mittelabschnitt des Kanals 15 sind eine negative Platte 7 und eine positive Platte 8 symmetrisch /ur Längsachs'· des Kanals 14 angeordnet, wobei der Abstand der beiden Platten 7 und 8 voneinander im Ausführungsbeispiel etwas größer ist als der Durchmesser des Kanals 13. Der aus dem Kanal 13 austretende Gasstrom passiert daher die ionenfalle 6 zwischen den beiden Platten 7 und 8. die dem Gasstrom die geladenen Teilchen entziehen, die bei der elektronischen Anregung in der Anregtingsstufe 3 gebildet worden sind. Lediglich der elektrisch neutrale Teil des aktivierten Gases gelangt unbehindert durch die Ionenfalle 6 hindurch und tritt aus der Vorrichtung durch eine Düse 9 aus. die sich an den Kanal 14 anschließt.

Die Düse 9 richtet den Gasstrom gegen die zu behandelnde Oberfläche, die im Ausführungsbeispiel die Oberfläche eines Bandes 10 ist, das sich von einer Vorratsspule H an dem Behandlungsbereich vorbei zu einer Aufwickelspulc 12 bewegt.

Besonders zu beachten ist, daß das Band 10 bei dieser Behandlung keiner großen Erwärmung ausgesetzt ist, die zu einer Temperaturerhöhung während der Behandlung führen könnte, so daß keine Deformation des Bandes auftreten kann. Ferner wird das Band nicht mit irgendwelchen geladenen Teilchen beaufschlagt, wodurch ein Abtragen oder die Bildung von Löchern in der behandelten Obertläche ausgeschlossen ist. Ferner ist von Bedeutung, daß das Band weder in Berührung mit geladenen Teilen oder Elektroden kommt noch in deren Nähe vorbeiläuft, so daß das Band keine unerwünschte Ladung halten kann. Dies vereinfacht die Handhabung und die Lagerung nach der Behandlung sehr. Schließlich ist von Vorteil, daß auch Gegenstande mit einer ungewöhnlichen Form oder variabler Dicke und Abmessungen leicht, aber trotzdem wirkungsvoll, behandelt werden können, indem man sie in den aus dem elektrisch neutralen, aktivierten Gas bestehenden 6u Strom bringt, der aus der Düse 9 austritt.

Um die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, sei darauf hingewiesen, daß die Wirksamkeit der aktivierten Form des Gases bei der Erzeugung der gewünschten hydrophilen g₅ Eigenschaft exponentiell mit der Entfernung abnimmt, über du.· das aktivierte Gas transportiert werden muß. bis es zu der behandelnden Oberfläche gelangt, und daß die Wirksamkeit des aktivierten Gases auch hei einem Aufprall auf eine große Masse verlorengehl,

Die folgenden Beispiele sollen der weiteren Erläuterung der Erfindung dienen.

Beispiel I

Das im folgenden beschriebene Gerät diente dazu, zu zeigen, daß eine elektrostatisch neutrale, aber chemisch aktivierte Form des Gases, die man bei einer Reihe von Gasen erhält, wenn sie durch eine elektrische Entladung geleitet werden, in der Lage ist, die Oberfläche einer Reihe verschiedener Stoffe in der Weise zu ändern, daß sie stärker hydrophil werden. Das Gerät bestand aus einer Quelle reinen Gases, einer Anregungskammer, einer Ionenfalle und einem Halter für die zu behandelnde Probe. Die Anregungskammer besaß eine stabförmige Elektrode aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchinesser von etwa 3,2 mm. die in d'. Längsachse eines Rohres aus Pyrexglas mit einem Innerdurchmesser von etwa 6,3 mm angeordnet war. Das Rohr war auf seiner Außenseite auf einer Länge von etwa 75 mm mit einer Aluminiumfolie ummantelt. Ein einseitig geerdeter Tesla-Gencrator war an die Stahlelektrodc angeschlossen und erzeugte zwischen 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 Polyfluoräthylen in einem Abstand von etwa 4,8 mm voneinander gehallen wurden. Zwischen den beiden Platten lag eine Gleichspannung, die genügend hoch war, um alle elektrisch geladenen Teilchen dem durchströmenden Gas zu entziehen. Der Halter für die Proben war so ausgebildet, daß die zu behandelnde Oberfläche in einer zur Längsrichtung des Gasstromes lotrechten Ebene in einem bestimmten Abstand von der GasaustrittsöflFnung der Vorrichtung lag.

Wenn Stickstoff verwendet wurde und der S'.römungsdurchfluß durch die Vorrichtung hindurch-200 cmVSekunde betrug, zeigte eine Probe aus Polyäthylen, die in einem Abstand von etwa 1,6 mm von der Mündungsöffnung eines Auslaßrohres gehalten wurde, das aus einem kurzen Stück eines Pyrexglasrohres bestand und sich an die Ionenfalle anschloß, eine bedeutende Erhöhung der hydrophilen Eigenschaft nach einer Behandlung von K) Sekunden.

Die Messung des Winkels zwischen der Probenoberfläche und der Tangente im Berührungspunkt eines Wässernopfens war eine der Methoden, die angewendet wurde, um Änderungen der hydrophilen Eigenschaft zu prüfen.

Beispiel 2

Das Beispiel I wurde wiederholt, wobei an Stelle von Stickstoff Helium verwendet wurde. Die Ergebnisse waren im wesentlichen dieselben.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei an Stelle von Stickstoff Wasserstoff verwendet wurde. Wiederum ergab die Behandlung eine Verbesserung der hydophilen Eigenschaft.

Beispiel 4

Das Beispiel I wurde mit der Abänderung wiederholt, daß als Probe ein Stück rostfreien Stahls ver-

wendel wurde, das eine polierte Oberfläche besaß. Nach einer Behandlungszeit von 30 Sekunden w;ii die Oberfläche hydrophiler als zuvor.

Beispiel 5

Das Beispiel I wurde mit der Abänderung wieder holt, daß verschiedene Proben, u.a. Polyester. CeIIu losea/etal iiiul Papier behandelt wurden. All,, lv. prüften Stolle hatten nach der Behandlung viiil Oberfläche mit verbesserter hydrophilei Higensehalt Die Behandlungs/eil. die erforderlich war. um cmc vorgegebene Verbesserung der hydrophilen 1 iticn sehall /u erzielen, unterschied sich bei den vci schic denen Proben jedoch erheblich.

Hici/ii I Blatt Zeichnungen

Claims

I 767 Patentansprüche;

1. Verfuhren zur Behandlung tier Oberfläche eines polymeren Stoffes zum Zwecke der Verbesserung der hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche oder der Umwandlung vom hydrophoben in den hydrophilen Zustund, bei dem ein Gas elektrisch angeregt und dann in einem Strom gegen die zu behandelnde Oberfläche geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, da U Argon. Helium, Wasserstoff, Krypton. Neon, Stickstoff oder Xenon durch die Strahlung einer hochfrequenten Strahlungsquelle in eine aktivierte Form übergeführt wird und daß dem diese aktivierte Form des Gases enthaltend':·:) Strom zumindest nahezu alle geladenen Teilchen entzogen werden, ehe er auf die zu behandelnde Oberfläche auftriffl.

2. Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch I. mit einer Entladungselektrode zur Aktivierung eines von einer Gasquelle zugeführten Gases und einer Einrichtung, die einen das aktivierte Gas enthaltenden Strom gegen die zu behandelnde Oberfläche leitet, dadurch gekennzeichne', daß dit; Entladungselektrode (4) als Hochfrequenzstrahlungsquelle ausgebildet ist und daß eine dem aktivierten Gas die geladenen Teilchen entziehende Falle (6) vorgi· ehen ist.