Способ получения флуоресцирующей полиэтилентерефталатной пленки

Изобретение относится к способам обработки полимерных пленок, в частности полиэтилентерефталатных (ПЭТФ), с целью их поверхностной отделки и придания им требуемых свойств. Основная задача изобретения состоит в сокращении длительности процесса обработки и в получении ПЭТФ пленки, интенсивно люминесцирующей в видимой области спектра (флуоресцирующей). Сущность изобретения заключается в том, что на исходную ПЭТФ пленку воздействуют тлеющим электрическим разрядом с силой тока 0,25-0,3 А и напряжением 4-5 кВ в течение 2-4 мин в вакуумной камере с остаточным давлением 2-4 Па при постоянном притоке воздуха. Обработанная тлеющим разрядом ПЭТФ пленка имеет интенсивную люминесценцию в видимой области спектра (флуоресценцию), возбуждаемую УФ-светом с длиной волны 254 и 365 нм. Использование изобретения расширяет возможности получения полимерных пленок с комплексом заданных оптических характеристик. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам обработки полимерных пленочных материалов с целью их поверхностной отделки, получения декоративного и иного эффекта, придания им требуемых свойств, в том числе и оптических, в частности люминесценции в видимой области спектра (флуоресценции).

Способ может найти применение в производстве флуоресцирующих полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) пленок. Такие пленочные материалы находят применение в светотехнике, а также полиграфии в качестве средств защиты от подделки изделий, имеющих ценность.

ПЭТФ, как и большинство синтетических полимеров, в силу своей химической природы и надмолекулярной структуры, не обладает люминесценцией в видимой области спектра (флуоресценцией).

Существующие способы придания полимерным материалам этого свойства основаны на введении в состав макромолекул люминофорных фрагментов в процессе синтеза высокомолекулярных соединений, либо путем включения люминофоров в состав полимерной композиции с последующей переработкой ее в пленку. Применительно к ПЭТФ известные способы ввиду технологических особенностей производства пленки (высокая температура переработки - 250-300°C, необходимость проведения ее ориентации и др.) не могут быть использованы.

Для получения ПЭТФ пленок с требуемыми свойствами наиболее приемлемыми могут быть способы, которые основаны на обработке пленок волновой энергией или электрическими разрядами (коронным, тлеющим, плазменным).

Названные способы обработки полимерных пленок, в том числе и ПЭТФ, хорошо известны в практике. Они используются преимущественно для активации поверхности пленок с целью увеличения адгезии к другим полимерам в производстве многослойных пленочных материалов [1. Коган Д.Ф., Гуль В.Е., Самарина Л.Д. Многослойные и комбинированные пленочные материалы. - М. Химия, 1989, с. 190; 2. Полимерные пленочные материалы. Под ред. Гуля В.Е., М., Химия, 1976, с. 130-146].

В патенте РФ №2190536 (МКИ B44В 5/00, 2001 г.) описан способ, в котором достигается повышенная на 10-12% по сравнению с исходной интенсивность флуоресценции, возбуждаемой коротковолновым УФ-светом (λ=254 нм) за счет облучения ПЭТФ пленки нефильтрованным УФ-светом (λ=240-400 нм) мощностью 2400-2600 Вт/м². При этом пленка практически не флуоресцирует при длине волны возбуждения 365 нм.

Данный способ по техническому решению является наиболее близким к заявляемому объекту и выбран в качестве прототипа. Недостатками способа являются следующие - пленка флуоресцирует только при возбуждении коротковолновым светом, при этом флуоресценция имеет слабую интенсивность и неярко выраженный цветовой оттенок. Кроме того, требуется большая длительность процесса обработки. Это вместе ограничивает области практического использования пленок.

Основная задача изобретения состоит в получении пленочного материала на основе ПЭТФ с повышенной интенсивностью флуоресценции и специфическим цветовым оттенком, а также в сокращении времени процесса его обработки.

Положительный результат достигается тем, что исходную ПЭТФ пленку обрабатывают тлеющим электрическим разрядом (сила тока 0,25-0,30 А, напряжение 4-5 кВ) в течение 2-4 мин в вакуумной камере с остаточным давлением 2-4 Па при постоянном притоке воздуха.

Действие тлеющего электрического разряда на ПЭТФ пленку приводит к образованию свободных радикалов, структурированию и окислению поверхностного слоя. При длительности воздействия до 4 минут включительно заметных изменений физико-механических свойств пленок не наблюдается. Этот факт объясняет выбор именно тлеющего разряда для обработки ПЭТФ пленки.

По мере роста продолжительности обработки (5 и более минут) имеет место увеличение прочностных характеристик пленки, что объясняется изменением структуры в поверхностном слое в результате сшивания и окисления полимера. Что касается влияния электрических разрядов на оптические свойства ПЭТФ пленок (светопропускание, флуоресценция и др.), то какой-либо информации в научно-технической литературе об этом не обнаружено. Но, судя по протекающим процессам, можно предположить возможность образования химических соединений и продуктов последующих их превращений в поверхностном слое и, следовательно, появления тех или иных оптических эффектов.

Действительно, обработанная тлеющим разрядом ПЭТФ пленка по внешнему виду и деформационно-прочностным характеристикам, а также по светопропусканию в видимой области спектра не отличалась от исходной. Однако при облучении УФ-светом с длинами волн 254 и 365 нм наблюдается яркое свечение желто-зеленого цвета с максимумом интенсивности при λ=475 нм.

Интенсивность флуоресценции имеет возрастающую зависимость от длительности обработки ПЭТФ пленки и при экспозиции в течение 4 минут увеличивается не менее чем в 4-6 раз по отношению к исходной пленке.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна", поскольку из общедоступных сведений не известны способы получения флуоресцирующих ПЭТФ пленок, основанные на их поверхностной обработке тлеющим электрическим разрядом.

Данное техническое решение имеет изобретательский уровень, так как из опубликованных научных данных явным образом не следует заявленный технологический режим и условия обработки ПЭТФ пленок.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления, материалы и технологические приемы.

Для подтверждения возможности практического осуществления изобретения использовалась прозрачная пленка с постоянно липким клеевым слоем, закрытым антиадгезионной бумагой. Основой такого материала служит ПЭТФ пленка толщиной 20 мкм. Образцы материала форматом А4 закреплялись в специальных держателях таким образом, чтобы поверхность ПЭТФ была доступна для обработки, а затем помещались в камеру вакуумной установки, в которой создавалось остаточное давление 3,0 Па и оно поддерживалось на данном уровне при постоянном притоке воздуха. Обработка образцов проводилась тлеющим разрядом силой тока 0,3 А при напряжении 4,5 кВ в течение 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 мин.

Регистрация спектров флуоресценции образцов, подвергнутых обработке тлеющим разрядом, осуществлялась с помощью спектрофлуориметра MPF-2А фирмы "Hitachi" (Япония). Условия записи спектров: длина волны возбуждения - 254 и 365 нм (щель эмиссии - 12, щель возбуждения - 10, усиление - 6).

На рисунке (фиг. 1) представлены спектры флуоресценции образца с продолжительностью обработки тлеющим разрядом 4 мин. Спектры имеют простую конфигурацию с максимумом при λ=475 нм для длин волн возбуждения 254 нм (1) и 365 нм (2). Спектр флуоресценции (3) - исходный для необработанной пленки. На рисунке (фиг. 2) изображены графики зависимости интенсивности флуоресценции (I_фл.) при λ=475 нм от длительности обработки пленочных образцов - для спектров при длине волны возбуждения 254 нм (1) и 365 нм (2).

Проводить обработку пленок более 4 минут представляется нецелесообразным, так как это ведет уже к глубоким деструктивным превращениям ПЭТФ и изменению деформационно-прочностных и оптических характеристик.

Образцы пленок, обработанные тлеющим разрядом в течение времени от 2 до 4 мин, имеют достаточно интенсивную флуоресценцию желто-зеленого цвета. В случае использования их, например, для ламинирования важной печатной продукции, интенсивность и наличие специфического цветового оттенка флуоресценции прозрачной пленки с постоянно липким слоем могут служить критериями подлинности последней. Также возможно применение разработанных пленочных материалов на основе ПЭТФ в светотехнике для создания различных оптических эффектов.

Использование предлагаемого способа получения флуоресцирующей ПЭТФ пленки обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:

- расширяется возможность получения полимерных пленок с комплексом новых физико-механических и оптических характеристик;

- совершенствуется технология производства пленочных материалов с заданными оптическими характеристиками;

- сокращается длительность операции обработки пленочного материала на основе ПЭТФ.

Способ получения флуоресцирующей полиэтилентерефталатной пленки, основанный на обработке исходной пленки электрическими разрядами, отличающийся тем, что процесс осуществляют тлеющим разрядом с силой тока 0,25-0,3 А и напряжением 4-5 кВ в течение 2-4 минут в вакуумной камере с остаточным давлением 2-4 Па при постоянном притоке воздуха.