TWI577719B - Polymeric Materials Surface Modification Discharge Reactor - Google Patents

Description

高分子材料表面改性放電反應器

本發明涉及高分子材料表面改性加工領域，特別涉及一種高分子材料表面改性放電反應器。

高分子材料包括橡膠、塑膠、纖維、塗料、膠粘劑和高分子基複合材料，是現代高科技下的產物，廣泛地應用於人們的日常當中，在應用的過程中發現高分子材料存在某些特性不利於應用或加工，例如斥水、困難沾粘、不易印刷、不易染色等問題。

為了解決上述技術問題，印刷領域的研發人員提出了乾式改性與濕式改性兩種方法，其中乾式改性較常見，一般有放電處理、火焰處理、臭氧處理等加工方法。

然而，現有的改性處理方式會產生火花、改性處理也不均勻並且產生高濃度臭氧腐蝕機台，因此，印刷領域急切需要研究並開發一種改性處理均勻、不會產生火花和臭氧的高分子材料表面改性放電反應器。

本發明人有鑑於上述習知高分子材料表面改性處理方式之實用困難及有待改善之缺失，盼能提供一突破性之設計，以增進實用效果，乃潛心研思、設計組製，綜集其多年從事相關產品設計產銷之專業技術知識與實務經驗及研思設計所得之成果，終研究出本發明一種高分子材料表面改性放 電反應器，以提供使用者。

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的乾式改性裝置存在改性處理不均勻以及會產生火花的缺陷，提供一種高分子材料表面改性放電反應器，該放電反應器具有改性處理均勻、不會產生火花和臭氧的優點。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：一種高分子材料表面改性放電反應器，用於對高分子材料表面進行改性加工，其特點在於，該改性放電反應器包括有四個調節螺桿、兩個板狀的放電部件，該些調節螺桿穿置並固定於該些放電部件的四個端部，每一放電部件包括一個具有凹槽的絕緣殼體、一個均布有放電針的PCB放電板和一個觸媒載體，該些PCB放電板設置於該些凹槽內，該些觸媒載體嵌置於該些凹槽的口部並且通過阻燃型環氧樹脂灌封，該些觸媒載體平行並且相對設置，該些放電針用於激發該些觸媒載體放電，以使得該些觸媒載體之間形成撞擊該高分子材料表面的離子。

較佳地，每一放電部件還包括兩個U形加強筋，該些U形加強筋固定於該絕緣殼體的背板上，以使得該背板的曲率小於0.2μm^-1，在背板的曲率小於0.2μm^-1的條件下，使得離子流量偏差小於5‰，邊緣精確度和清晰度大幅度提高。

較佳地，該改性放電反應器還包括有一個電動機和一個同步驅動裝置，該些調節螺桿均具有一個樞軸部和一個螺桿部，該些放電部件中的一個放電部件樞接於該些樞軸部，該些放電部件中的另一個放電部件樞接於該些螺桿部，該電動機用於通過該同步驅動裝置帶動該些調節螺桿轉動，以使得該些放電部件相互靠近或相互遠離。

較佳地，該些觸媒載體為金屬觸媒載體，該金屬觸媒載體上 均布有金屬和/或氧化物，該金屬觸媒載體為網狀或薄膜狀，該金屬觸媒載體的厚度為0.1毫米至5毫米，該金屬可以為鐵、鈷、鎳、金、銀、鉑、錳、錫、鋅和鉻中的一種或者至少兩種，該氧化物一般為氧化鐵、氧化鋁、氧化矽、氧化銅、氧化鉻、氧化鎳和氧化鈦中的至少一種，金屬觸媒載體的厚度並非越大越好，厚度過大時，為了使得電場和高能離子有效地穿透金屬觸媒載體，需要增大功率，導致電能損耗過大以及發熱量大的缺點。

較佳地，該改性放電反應器還包括有一個用於為該些放電部件供電的電控箱，該電控箱具有直流模式設定和脈衝模式設定的功能，該電控箱的電壓調節範圍為5KV至200KV。

本發明的積極進步效果在於：該放電反應器具有改性處理均勻、不會產生火花和臭氧的優點。

為使 貴審查委員能更了解本發明之特徵及其功效，茲配合圖式並詳細說明於后。

(1)‧‧‧放電部件

(11)‧‧‧絕緣殼體

(110)‧‧‧凹槽

(111)‧‧‧背板

(12)‧‧‧PCB放電板

(13)‧‧‧觸媒載體

(14)‧‧‧U形加強筋

(2)‧‧‧調節螺桿

(4)‧‧‧電控箱

(5)‧‧‧調節螺桿

(51)‧‧‧樞軸部

(52)‧‧‧螺桿部

(6)‧‧‧螺紋軸套

(7)‧‧‧同步驅動裝置

(8)‧‧‧電動機

圖1為本發明實施例1的高分子材料表面改性放電反應器的結構示意圖。

圖2為圖1的改性放電反應器的放電部件的結構示意圖。

圖3為本發明實施例2的高分子材料表面改性放電反應器的結構示意圖。

圖4為圖3的高分子材料表面改性放電反應器的使用效果圖。

下面舉個較佳實施例，並結合附圖來更清楚完整地說明本發明。

實施例1

本實施例的高分子材料表面改性放電反應器的結構如下：請結合圖1-2予以理解，本實施例的高分子材料表面改性放電反應器，用於對高分子材料表面進行改性加工，其包括有四個調節螺桿(2)、兩個板狀的放電部件(1)，該些調節螺桿(2)穿置並固定於該些放電部件(1)的四個端部，每一放電部件(1)包括一個具有凹槽(110)的絕緣殼體(11)、一個均布有放電針的PCB放電板(12)和一個觸媒載體(13)，該些PCB放電板(12)設置於該些凹槽(110)內，該些觸媒載體(13)嵌置於該些凹槽(110)的口部並且通過阻燃型環氧樹脂灌封，該些觸媒載體(13)平行並且相對設置，該些放電針用於激發該些觸媒載體(13)放電，以使得該些觸媒載體(13)之間形成撞擊該高分子材料表面的加速離子。

每一放電部件(1)還包括兩個U形加強筋(14)，該些U形加強筋(14)固定於該絕緣殼體(11)的背板上，以使得該背板(111)的曲率小於0.2μm^-1，該背板(111)的靠近該改性放電反應器的進料口的一側和靠近該改性放電反應器的出料口的一側均設置有5釐米至40釐米的裙邊，以提高表面改性作業的安全性。

該改性放電反應器還包括有一個用於為該些放電部件(1)供電的電控箱(4)，該電控箱(4)具有直流模式設定和脈衝模式設定的功能，該電控箱(4)的電壓調節範圍為5KV至200KV，在相同的功率條件下，雖然提高放電電壓能夠提升離子濃度，但伴隨著設備操作的安全性，在電壓降低至200KV以下的條件下，相對保護了操作人員的安全性。

本實施例的高分子材料表面改性放電反應器的工作原理如下：使用時，請結合圖1予以理解，電控箱(4)用於為兩個放電部件(1)供電，PCB放電板(12)上的放電針與觸媒載體(13)的側表面相距 0.1毫米至5毫米，實際生產時可以選擇1毫米、2毫米或3毫米，可以形成二次放電，即放電針形成尖端放電，進而間接地引發觸媒載體(13)內部生成同一電性，高密度且均勻的離子群。

離子群作用於高分子材料表面，例如，塑膠包裝盒的表面，利用光接枝將強極性的親水基團引入聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等工業包裝膜的表面，有效地改善包裝膜的印刷和粘接問題，可以在包裝薄膜的表面印刷出清晰的圖案，並且不掉色。

生產過程中，只需要使用傳送帶將高分子塑膠薄膜供給於兩個板狀的放電部件(1)之間的縫隙，就可以源源不斷地對高分子塑膠薄膜表面進行改性加工。

本實施例的高分子材料表面改性放電反應器具有如下技術效果：

第一、改性處理均勻並且不會產生火花，通過使用放電針間接地激發兩個觸媒載體(13)形成二次放電，可以引發觸媒載體(13)內部生成同一電性，高密度且均勻的離子群，不僅可以均布離子群，還能夠避免電火花的產生，並且無臭氧產生，達到改性處理均勻且不會損傷有機薄膜的目的。

第二、適用範圍廣泛並且能夠脈衝改性加工，由於電控箱(4)具有直流模式設定和脈衝模式設定的功能，因此擴大了改性放電反應器的使用範圍，不僅能夠對厚度較大的塑膠殼體的表面選擇直流模式進行改性加工，還能夠對薄膜進行加工，例如，在對速食麵盒包裝紙加工時，可以依據輻射劑量、單體濃度以及薄膜厚度選擇脈衝模式加工，如此能夠使得高能離子穿透高分子材料表面進入本體，進而與高分子材料進行交聯或接枝，而與此同時又不會改變高分子材料表面的溫度，不會產生熱解和燒蝕 現象。

第三、改性加工均勻並且精確，U形加強筋(14)固定於該絕緣殼體(11)的背板上，以使得該背板(111)的曲率小於0.2μm^-1，提高了高能離子分佈的均勻度，避免了薄膜的中部區域和邊緣改性不均的問題，提高了加工的精確度，縮小了包裝薄膜的表面印刷清晰度偏差。

實施例2

本實施例的高分子材料表面改性放電反應器的結構如下：請結合圖3予以理解，本實施例的高分子材料表面改性放電反應器與實施例1的高分子材料表面改性放電反應器具有較多相似之處，這些相似之處在此不再贅述。

請結合圖3予以理解，本實施例的高分子材料表面改性放電反應器還包括有一個電動機(8)和一個同步驅動裝置(7)，該些調節螺桿(5)均具有一個樞軸部(51)和一個螺桿部(52)，該些放電部件(1)中的一個放電部件(1)樞接於該些樞軸部(51)，該些放電部件(1)中的另一個放電部件(1)樞接於該些螺桿部(52)，該電動機(8)用於通過該同步驅動裝置(7)帶動該些調節螺桿(5)同步轉動，以使得該些放電部件(1)相互靠近或相互遠離，具體上，可以使用螺紋軸套(6)固定可移動的放電部件(1)，調節螺桿(5)轉動而帶動螺紋軸套(6)間接地移動放電部件(1)。

該些觸媒載體(13)為金屬觸媒載體，該金屬觸媒載體上均布有金屬和/或氧化物，該金屬觸媒載體為網狀或薄膜狀，該金屬觸媒載體的厚度為0.1毫米至5毫米。

本實施例的高分子材料表面改性放電反應器具有如下技術效果： 第一、可以調節浸潤性和粘附性，通過調節放電部件(1)相互靠近或相互遠離，可以調節高能離子的散射範圍和透入深度，進而調節浸潤性和粘附性，可以生產出不同功能的先進材料，例如，具有防霧、保溫、生物降解、除草等性能的多功能地膜以及高流變性和高相容性的聚合物合金(約1keV改性加工條件下產生)，通過調節放電部件(1)相互靠近或相互遠離，還可以改進材料的粗糙度和靜電性能，適用於接枝改性毛織物原料、PET纖維以及醫用高分子材料。

第二、無臭氧產生且節約能耗，通過採用網狀或薄膜狀的金屬觸媒載體，可以降低電控箱(4)的電壓至5KV至200KV，在金屬觸媒載體催化作用下，不僅可以加速高能離子的產生速率，還避免了臭氧的產生，降低對操作人員身體傷害。

請結合圖4予以理解，為了測試金屬觸媒載體的厚度的變化對離子流量的影響，特對WD2014GX型號的改性放電反應器穩定在400瓦的功率下進行測試，通過更換不同厚度的金屬觸媒載體並且測試離子流量，發現產生的離子流量相對於金屬觸媒載體的厚度呈現非線性關係，在厚度值為1毫米時，出現峰值約7.5×10¹⁶cm^-2，為了清晰顯示峰值處細節，特選取厚度為0.2毫米至3.0毫米處的資料，實際生產時可以將金屬觸媒載體的厚度製造成0.1毫米至5毫米，以便獲得較佳的改性效果。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附申請專利範圍限定的，本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。

(1)‧‧‧放電部件

(5)‧‧‧調節螺桿

(51)‧‧‧樞軸部

(52)‧‧‧螺桿部

(6)‧‧‧螺紋軸套

(7)‧‧‧同步驅動裝置

(8)‧‧‧電動機

Claims (5)

1. 一種高分子材料表面改性放電反應器，用於對高分子材料表面進行改性加工，其特徵在於，該改性放電反應器包括有四個調節螺桿、兩個板狀的放電部件，該些調節螺桿穿置並固定於該些放電部件的四個端部，每一放電部件包括一個具有凹槽的絕緣殼體、一個均布有放電針的PCB放電板和一個觸媒載體，該些PCB放電板設置於該些凹槽內，該些觸媒載體嵌置於該些凹槽的口部並且通過阻燃型環氧樹脂灌封，該些觸媒載體平行並且相對設置，該些放電針用於激發該些觸媒載體放電，以使得該些觸媒載體之間形成撞擊該高分子材料表面的離子。
2. 如申請專利範圍第1項所述的高分子材料表面改性放電反應器，其特徵在於，每一放電部件還包括兩個U形加強筋，該些U形加強筋固定於該絕緣殼體的背板上，以使得該背板的曲率小於0.2μm^-1。
3. 如申請專利範圍第1項所述的高分子材料表面改性放電反應器，其特徵在於，該改性放電反應器還包括有一個電動機和一個同步驅動裝置，該些調節螺桿均具有一個樞軸部和一個螺桿部，該些放電部件中的一個可移動放電部件樞接於該些樞軸部，該些放電部件中的另一個放電部件樞接於該些螺桿部，於可移動的放電部件四端部設有套於螺桿部之螺紋軸套，電動機通過該同步驅動裝置帶動該些調節螺桿轉動而帶動螺紋軸套間接地移動放電部件，以使得該些放電部件相互靠近或相互遠離。
4. 如申請專利範圍第1項所述的高分子材料表面改性放電反應器，其特徵在於，該些觸媒載體為金屬觸媒載體，該金屬觸媒載體上均布有金屬和/或氧化物，該金屬觸媒載體為網狀或薄膜狀，該金屬觸媒載體的厚度為0.1毫米至5毫米。
5. 如申請專利範圍第1-4項中任意一項所述的高分子材料表面改性放 電反應器，其特徵在於，該改性放電反應器還包括有一個用於為該些放電部件供電的電控箱，該電控箱具有直流模式設定和脈衝模式設定的功能，該電控箱的電壓調節範圍為5KV至200KV。