Способ обработки целлюлозосодержащего материала

(51)21 19/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Рогачев Александр ВладимировичЕгоров Александр ИвановичГаврильчик Владимир ТрофимовичРогачев Александр АлександровичКазаченко Виктор Павлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) 1. Способ обработки волокнистого целлюлозосодержащего материала, включающий получение активной газовой среды воздействием потока электронов на, по меньшей мере,один полимер из группы термопластов и осаждение летучих продуктов диспергирования на поверхности целлюлозосодержащего материала, отличающийся тем, что перед осаждением материал обрабатывают в барьерном разряде мощностью 10-30 Вт. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют импульсный барьерный разряд. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что барьерный разряд создают в воздухе при атмосферном давлении. Изобретение относится к области красильно-отделочного производства волокнистотканевых материалов, а более конкретно к способам обработки волокнистых целлюлозосодержащих материалов различного функционального назначения для придания им комплекса специальных потребительских свойств. В контексте данного технического решения под волокнистыми целлюлозосодержащими материалами понимаются бумага, картон и другие материалы на их основе. Под комплексом специальных потребительских свойств понимаются такие свойства, как гидрофобность, износоустойчивость, жаростойкость и другие. В красильно-отделочном производстве известно значительное число способов обработки, заключающихся в воздействии на поверхность материалов растворами химических реагентов и приводящих к формированию слоя вещества - модификатора, обеспечивающего придание материалу тех или иных эксплуатационных свойств. Однако им на смену все чаще приходят безрастворные технологии. Известен безрастворный способ обработки волокнистого материала 1, заключающийся в размещении его в реакционноспособной газовой среде, которую создают напус 9272 1 2007.06.30 ком в замкнутый объем газов, способных взаимодействовать между собой при энергетическом воздействии на него. В качестве таких газов в известном способе используют кремнийсодержащие мономеры, а в качестве источника энергетического воздействия низкотемпературную плазму. Результатом взаимодействия газов, инициируемых плазмой,является полимеризация, продукты которой модифицируют поверхность обрабатываемого материала, закрепляясь на ней в виде тонкого слоя толщиной 5-50 нм. Основной недостаток известного способа заключается в том, что данным способом можно получать покрытия из ограниченного числа органических веществ, а именно мономеров, находящихся в газообразном состоянии или жидком (при условии высокой плотности паров над поверхностью жидкости). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу обработки является способ 2, заключающийся в получении активной газовой среды путем воздействия потока электронов на полимер и осаждении образующихся летучих продуктов диспергирования на поверхности целлюлозосодержащего материала. В результате на поверхности образуется тонкое полимерное покрытие (толщина покрытия 0,0110 мкм). Способ характеризуется высокой производительностью и качеством обработки. Вместе с тем известный способ не обеспечивает получение высокой износостойкости при обработке целлюлозосодержащих материалов и стабильные высокие гидрофобные свойства. Заявляемое техническое решение решает задачу повышения качества обработки, получения гидрофобных волокнистых целлюлозосодержащих материалов с высокой износостойкостью, что обеспечивает, в частности, повышение долговечности бумажных носителей информации. Решение задачи достигается тем, что способ обработки целлюлозосодержащих материалов включает получение активированной газовой среды воздействием потока электронов, по меньшей мере, на один полимер из группы термопластов и осаждение образовавшихся летучих продуктов диспергирования на поверхности целлюлозосодержащего материала, перед осаждением покрытия поверхность волокнистого материала подвергается действию барьерного разряда мощностью 10-30 Вт. Отличительным признаком предлагаемого технического решения является использование предварительной обработки в барьерном разряде мощностью 10-30 Вт. При этом барьерный разряд может быть импульсным и создаваться в воздухе при атмосферном давлении. При обработке в барьерном разряде происходит активация поверхностных слоев, удаление низкомолекулярных адсорбированных соединений и, как следствие этого, возрастает прочность адгезионного соединения, износостойкость наносимого полимерного покрытия. Выбранные значения мощности барьерного разряда 10-30 Вт являются оптимальными. При более низких значениях мощности разряда ( 10 Вт) активационный эффект незначителен и не наблюдается значительное повышение износостойкости. При значениях мощности разряда больших 30 Вт, как показали проведенные исследования, имеет место интенсивное травление материалов, образование на поверхности низкомолекулярных продуктов травления, что вызывает снижение свойств обработанных материалов. Использование импульсного барьерного разряда позволяет проводить обработку практически по всей толщине материала (экспериментально установлено проявление активационного эффекта нескольких листов бумаги при обработке импульсным барьерным разрядом пакета,состоящего из этих листов бумаги). Проведение обработки импульсным барьерным разрядом на воздухе при атмосферном давлении значительно упрощает предлагаемый способ,устройство для его реализации. Проводилась обработка бумаги офсетной книжной плотностью 0,6 г/дм 2 при различных режимах и условиях. Воздействие импульсного барьерного разряда осуществлялось с помощью разработанной экспериментальной установки, предназначенной для обработки пленок и листов. Разряд при помощи импульсного высоковольтного генератора возбуж 2 9272 1 2007.06.30 дался при атмосферном давлении в воздухе между двумя валами, на один из которых было нанесено полимерное диэлектрическое покрытие. Конструкция установки позволяла в процессе обработки автоматически поддерживать постоянные параметры разряда. Путем изменения амплитуды высоковольтных импульсов мощность разряда плавно изменялась в пределах от 5 до 50 Вт. Обрабатываемый материал протягивался через зону обработки с постоянной скоростью вращающимися валами-электродами. Осаждение тонких покрытий проводилось из активной газовой фазы, образованной электронно-лучевым диспергированием полимеров политетрафторэтилена (ПТФЭ) или полиимида (ПИ). Толщина покрытия составляла 0,3 мкм. Контроль толщины наносимого покрытия осуществлялся при помощи кварцевого резонатора. Определялись износостойкость и адсорбционные свойства материалов. Методика исследования устойчивости обработанной бумаги к истиранию включала следующие этапы печатание текста обработка бумаги в плазме барьерного разряда нанесение полимерного покрытия в активной газовой фазе истирание сканирование текста автоматическое распознавание текста подсчет ошибок при распознавании текста. Текст размером 8025 мм, состоящий из 361 символа, наносился на лист бумаги с помощью лазерного принтера. Испытания на циклическое истирание проводили на машине возвратно-поступательного трения. Истирание образцов с напечатанным текстом проводилось сухим (бумага) и влажным (бязь, смоченная водой) плоским индентором при нагрузке 9,8 Н. Об адсорбционных свойствах обработанной бумаги судили по результатам измерения краевого угла смачивания. После обработки в барьерном разряде определялось изменение массы листов материала, по которой рассчитывалась скорость травления. Результаты измерений представлены в табл. 1-4. Таблица 1 Влияние мощности барьерного разряда на удельную скорость травления Параметры обработки Обработка путем воздействия барьерного разряда и последующего нанесения покрытия ПИ из активной газовой фазы (предлагаемое техническое решение) Гидрофобные свойства обработанной бумаги Вид обработки Без обработки Обработка путем нанесения покрытия ПИ из активной газовой фазы (прототип) Обработка путем воздействия барьерного разряда (при Р 30 Вт) и последующего нанесения покрытия ПИ из активной газовой фазы (предлагаемое техническое решение) Угол смачивания до Угол смачивания после истирания, град. истирания 100 циклов,град. 75 67 92 9272 1 2007.06.30 Таблица 3 Износостойкость обработанной бумаги при истирании сухим индентором Число ошибок распознавания после истиПараметры обработки рания сухим индентором при числе циклов 100 400 800 Бумага без обработки 20 45 120 Обработка путем нанесения покрытия 10-12 25-30 80 ПТФЭ из активной газовой фазы (прототип) Обработка путем нанесения покрытия ПИ из 12-14 25-30 70 активной газовой фазы (прототип) Обработка путем воздействия барьерного разряда и последующего нанесения покры 2-4 10 14-17 тия ПТФЭ из активной газовой фазы (предлагаемое техническое решение) Обработка путем воздействия барьерного разряда и последующего нанесения покры 7-8 20 30-34 тия ПИ из активной газовой фазы (предлагаемое техническое решение) Таблица 4 Износостойкость обработанной бумаги при истирании влажным индентором Мощность Число ошибок распознавания барьерного после истирания влажным инденПараметры обработки разряда, Вт тором при числе циклов 50 100 150 бумага разБумага без обработки 30 160 рушалась Обработка путем нанесения покрытия 2-4 35-40 40-45 ПТФЭ из активной газовой фазы (прототип) Обработка путем воздействия барьерно 5 2-4 35-38 40-43 го разряда и последующего нанесения покрытия ПТФЭ из активной газовой фа 30 нет 2-3 менее 5 зы (предлагаемое техническое решение) Анализ представленных данных показывает, что износостойкость бумаги, обработанной в соответствии с предлагаемым техническим решением, при истирании влажным индентором выше в 10-15 раз и в 1,5-2,0 раза - при истирании сухим индентором по сравнению с износостойкостью бумаги, обработанной только нанесением полимерного покрытия(табл. 4 и 3). Такой же эффект установлен и при оценке гидрофобности краевой угол смачивания поверхности бумаги, обработанной в разряде и содержащей полимерное покрытие, заметно выше по сравнению с углом смачивания бумаги, обработанной в соответствии с прототипом (табл. 2). При этом при увеличении мощности разряда выше 30 Вт в десятки раз возрастает скорость травления бумаги (происходит ее интенсивное разрушение) (табл. 1). Если же мощность разряда ниже 10 Вт, то увеличение износостойкости и гидрофобности бумаги, обработанной при таком режиме, не происходит (табл. 4). Источники информации 1. Тезисы докладов Всесоюзного семинара // Теория и практика плазмохимической обработки тканей и полимерных пленок (20-22 ноября 1991, г. Иваново). - Иваново, 1991. С. 25. 2. Патент РБ 1569, МПК 606 5/20,06 10/08, 1996 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4