Способ крашения пленки из полиэтилентерефталата - RU2123551C1

Описание

Пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) широко применяются и очень часто необходимо, чтобы они были окрашены. Из предшествующего уровня техники известно растворное крашение, когда краска смешивалась с расплавом перед экструдированием пленки или печатное крашение, когда краска наносится на пленку, а затем фиксируется нагреванием. Крашение в растворе дает отличные результаты, но является непрактичным при окраске маленьких количеств пленки и цвет красителя не может быть легко сменен между процессами. Печатное крашение позволяет получить окрашивание только с одной стороны и добиться равномерного цвета и окрашивания очень трудно.

Текстильные материалы из ПЭТ красятся очень успешно, при равномерном окрашивании. Текстильные материалы, однако, состоят из волокон, полученных вытягиванием, и являются кристаллической формой ПЭТ. В кристаллической структуре краситель имеет тенденцию абсорбироваться вдоль поверхности кристаллов. Так как кристаллические зерна равномерно распределены среди материала, краситель распределяется так же равномерно, обеспечивая равномерное окрашивание. ПЭТ, наоборот, имеет аморфную структуру. В аморфной структуре краситель имеет тенденцию абсорбироваться в промежутках между полимерными звеньями, и, так как эти звенья произвольно распределены в пленке, краситель так же распределяется произвольным образом, что производит к неровной окраске.

Известны способы крашения (патенты ФРГ NN 2747699; 1906842; 1198781; патент США N 4215992) полиэтилентерефталата дисперсными красителями в присутствии носителя - эфиров гликолей.

Также известен (патент США N 4812142) способ крашения пленок из полиэтилентерефталата в среде органического растворителя в аналогичных условиях крашения.

Наиболее близким по существу к предложенному способу является способ по патенту PCT N WO 90/01084.

Данный способ относится к крашению материалов из полиэтилентерефталата, например пленок, путем контактирования с красящим составом на основе дисперсного красителя в виде раствора или дисперсии в носителе - эфире глицерина, в частности трибензоате глицерина, при 180-185^oC в течение 30 сек с последующим удалением с поверхности материала красителя и носителя промывкой органическим растворителем-трихлорэтиленом, перхлорэтиленом и сушкой в горячей воздушной камере. Перед крашением материал, предпочтительно, нагревают до температуры, близкой к температуре стеклования.

Данное изобретение относится к окрашиванию листовых материалов, более конкретно, к окрашиванию пленок полиэтилентерефталата.

Данное изобретение относится к способу, в котором пленка ПЭТ непрерывно подается в нагреваемую ванну с растворенным красителем или дисперсией красителя в носителе из триацетата глицерина, который используется как растворитель или другой дисперсный носитель для красителя. Пленка удаляется из красильной ванны, слегка сушится на воздухе, промывается в ванне с растворителем, который совместим с ПЭТ пленкой носителем и красителем. Окрашенная пленка затем нагревается для удаления носителя и остатков промывающего растворителя.

Способ согласно изобретению обеспечивает равномерное окрашивание пленки ПЭТ, сохраняя ее с качеством таким же, как и до окраски. Цвет равномерный сразу после окрашивания, на солнечном свете выцветает так же равномерно.

Аппаратная часть изобретения включает: устройство для подачи пленки, контейнер с красителем и погружным валом, находящимся внутри этого контейнера и нагревателем, направляющее устройство для подачи пленки в контейнер с краской и на погружной вал, вал для удаления пленки из контейнера с краской и способствующий сушке пленки, промывочный контейнер со вторым погружным валом внутри, валом для удаления пленки из промывочного контейнера и печь для высушивания пленки.

Вышеупомянутые и другие свойства и преимущества данного изобретения станут ясными из описания и чертежа, на котором схематически изображена диаграмма, показывающая одно из устройств для осуществления заявленного способа.

На чертеже: вал 10 представляет собой устройство для подачи неокрашенной пленки, естественно он может быть заменен на другой источник пленки, например линию экструдера, после которого пленка подается на окрашивание.

С вала 10 пленка (11) проходит через валы 12, которые подают пленку при подходящей скорости и работают как направляющие для подачи пленки вниз к погружному валу 14. Погружной вал 14 находится внутри контейнера 15, так что пленка 11 проходит через ванну. Контейнер 15 наполняется высококипящим носителем и красителем. Ванна нагревается, пленка 11 так же нагревается, чтобы быть более восприимчивой к абсорбции жидкости. Естественно, что размеры контейнера 15 и скорость подачи пленки 11 может варьироваться для обеспечения необходимого времени погружения, для получения желаемой интенсивности окраски.

Когда пленка 11 покидает контейнер 15, она направляется через вал 16 во второй контейнер 18 с погружным валом 19 внутри. Вал 16 достаточно удален от контейнеров 15 и 18, чтобы позволить пленке 11 высохнуть перед погружением во второй контейнер 18.

Контейнер 18 содержит промывочную жидкость, которая является растворителем для красителей и наполнителя, но не повреждает саму пленку ПЭТ. Целью данной стадии промывки является удалить избыточный краситель и носитель, которые прилипли к поверхности пленки, при этом не трогая материалы абсорбированные пленкой.

После удаления из контейнера 18 пленка 11 направляется в печь 20 с помощью валов 21. Целью данной операции является удалить носитель из пленки 11, не трогая краситель. Таким образом, температура печи выше температуры мгновенного испарения носителя, но недостаточна для повреждения пленки или красителя.

После того как пленка 11 пройдет через печь 20, она направляется на вал 22 для хранения или на дальнейшую обработку.

В вышеописанном способе наиболее важной является красящая ванна, которая содержит краситель и носитель. Красителем являются либо сольвентные красители, используемые в растворном крашении пленок, добавляя краску в расплав пластика, либо дисперсный краситель. Краситель должен иметь сродство к пленке ПЭТ. Сольвентные красители включают азокрасители, хинолин антрахинон, ксантен, аминокетон, перинон и классы азина. Характерные примеры сольвентных красителей для использования в данном изобретении перечислены с индексом цвета:
Сольвентный желтый - 33
Сольвентный красный - 23
Сольвентный красный - 24
Сольвентный красный - 111
Сольвентный зеленый - 3
Сольвентный оранжевый - 60
Сольвентный синий - 11
Сольвентный синий - 60
Сольвентный синий - 102
Сольвентный черный - 5
Сольвентный черный - 7
Сольвентный красный - 1
Сольвентный желтый - 14
Сольвентный желтый - 16
Сольвентный коричневый - 11
Носителем является либо растворитель, либо дисперсант для красителя, и должен иметь точку кипения достаточно высокую, чтобы подвергаться термической обработке в течение процесса. Температурные пределы обработки не превышают температуру стеклования пленки. Предпочтительные пределы: от 140^oC до 180^oC.

Если толщина пленки составляет менее одной тысячной дюйма (0,001''), температуру следует выбрать около низшего предела.

Носителем, используемым в данном изобретении, является высококипящий жидкий полиэфир. Хотя носителем может служить любой эфир глицерина, предпочтительно использование триацетата глицерина, называемым также триацетином. Хотя эфиры глицерина позволяют получить приемлемые результаты по способу данного изобретения, применение триацетина дает лучшие результаты. Триацетин дает отличное насыщение и равномерность за очень короткое время погружения и растворяет сольвентные красители при комнатной температуре. Триацетин имеет такое сродство к терефталату, что является удобным растворителем для достижения диффузии в полимеры. Его термические и химические свойства уникально совместимы с образованием пор, которое происходит при нагревании термопластиков до температуры стеклования. Кроме того, триацетин имеет достаточно высокую точку кипения, чтобы выдерживать температурные пределы данного способа, удаляется при температурах, позволяющих избежать повреждение пленки или красителя.

Красители химически не реагируют с триацетином, так чтобы изменить его или свою структуру при производственных температурах.

Согласно теории, красители растворяются в триацетине, т.о. достигая полного растворения при рабочих температурах. Красители образуют дисперсию при механическом перемешивании в триацетате глицерина при рабочих температурах. Далее, красители образуют дисперсию химически в триацетате глицерина при рабочих температурах. Красители могут быть диспергированы и частично растворены в носители. Вполне возможно, что красители образуют коллоидную суспензию в триацетате глицерина при механическом перемешивании и что краситель образует коллоидную суспензию в триацетате глицерина химически при рабочих температурах. Следовательно, краситель должен выдерживать все рабочие температуры (под рабочими температурами подразумеваются весь температурный интервал всех стадий производства, начиная от комнатной и до 180^oC).

При приготовлении окрашивающей ванны, для светлых цветов, концентрация может быть в пределах от 2 до 40 г красителя на один литр носителя. Температура ванны может быть от 140^o до 180^oC, и требуемое время контакта от 5 с до 10 с. Для более глубоких цветов концентрация может быть увеличена в пределах от 40 до 110 г на литр при температуре от 140^o до 180^oC. Время контакта может быть от 10 до 90 с. В общем, для диспергированного красителя применяется более длительное время выдержки.

Температура окрашивающей ванны должна быть достаточной для нагрева пленки ПЭТ до температуры стеклования за назначенное время. В этих пределах материал ПЭТ позволяет красителю войти в него. Следует понимать, что так как краситель находится в носителе, то в пленку входит как краситель, так и носитель.

После обработки в красильной ванне, пленка ПЭТ удаляется из нее и высушивается. В этот момент пленка ПЭТ содержит раствор красителя и носитель внутри пленки и также какое то количество красителя и носителя, приставшего к поверхности пленки. Этот раствор, прилипший к поверхности пленки, распределен неравномерно, так что важно его удалить. Для этого пленка погружается в промывочную ванну 18.

Промывочная ванна должна предпочтительно состоять из материала, растворяющего приставший слой к поверхности пленки, но не реагирующего с материалом пленки ПЭТ. Промывочная жидкость должна иметь низкую точку кипения, чтобы легко удаляться с пленки. Спирты на основе алканов удовлетворяют этой задаче, было обнаружено, что этанол дает отличные результаты. Метил этиловый кетон также дает удовлетворительные результаты.

После того, как пленка промыта, она нагревается в печи 20. До того как пленка достигнет печи раствор красителя удаляется с нее в промывочной ванне, а материал промывочной ванны достаточно летуч, чтобы легко удаляться. Специалистам ясно, что триацетат глицерина является пластификатором для ПЭТ, и присутствие некоторого количества триацетина изменяет физические свойства пленки. Одной из целей данного изобретения является обеспечить способ получения окрашенной пленки, которая имеет такое же качество, как и перед окрашиванием. Следовательно, триацетин должен быть удален из пленки 11. Ожидается, что конечная обработка в печи 20 будет проводиться при температуре 149^oC или выше и пленка будет подвергаться воздействию этой температуры от 3 до 30 с. Если есть потребность, температура может быть повышена, но она не должна превышать 175^oC, чтобы не происходила деградация пленки.

Тепловая обработка в печи 20 предназначается для удаления носителя из пленки 11 без потери пленки или красителя, абсорбированного пленкой. Температура мгновенного испарения триацетина находится в пределах температуры стеклования пленки ПЭТ. Следовательно, если выбранный краситель может выдерживать этот температурный интервал, пленка ПЭТ может быть окрашена и подвергнута конечной температурной обработке без повреждения пленки или красителя.

Было обнаружено, что во время конечной тепловой обработки миграции красителя не происходит, или происходит незначительно. Неизвестно, входит ли краситель просто в полимерные пустоты, или он химически связан с молекулами полимера, но высокое качество окрашивания не теряется после тепловой обработки.

Следует понимать, что для получения нужного цвета красители могут смешиваться, и процесс работает достаточно хорошо. Так же для того, чтобы сменить цвет, достаточно просто заменить ванны 15 и 18, полная смена цвета может быть проведена быстро и просто. Как результат, используя способ данного изобретения, можно получить экономический выигрыш при использовании очень коротких прогонов. Цветовая смесь может быть сохранена для последующего использования того же цвета, только при этом необходимо заменить промывочную ванну.

Далее следуют два примера окрашивания дисперсными красителями пленки ПЭТ. \\2 Пример 1
Красящий раствор приготовляется добавлением 20 г дисперсного желтого 42 к 750 мл триацетат глицерина. Раствор затем нагревается до 150^oC при перемешивании для получения дисперсии и/или раствора. Красящий раствор затем фильтруется для удаления загрязнений или осадка. Полученный раствор затем нагревается до 180^oC и выдерживается при этой температуре. Неокрашенный образец пленки полиэтилентерефталата толщиной 1/1000 дюйма погружается в красящий раствор на 60 с, затем образец промывается безводным этанолом для удаления красящего раствора с поверхности пленки. Образец далее подвергается тепловой конвекционной сушке 15 с при 170^oC для испарения захваченного триацетата глицерина. Получается ровный желтый цвет.

Пример 2
Красящий раствор получается добавлением 30 г пасты теразила бриллиантового фиолетового к 750 мл триацетата глицерина. 20 мл диметилового кетона потом добавляются для облегчения образования раствора и/или дисперсии красителя в триацетате глицерина. Раствор подвергается энергичному перемешиванию при медленном нагревании до 50^oC. Затем красящий раствор нагревается до температуры кипения диметилового кетона пока весь кетон не испарится. Полученный красящий раствор затем нагревается до 180^oC и выдерживается при этой температуре. Неокрашенный образец пленки полиэтилентерефталата толщиной 2/1000 дюйма погружается в красящий раствор на 60 с, затем образец промывается безводным этанолом для удаления красящего раствора с поверхности пленки. Образец далее подвергается тепловой конвекционной сушке 25 с при 170^oC для удаления захваченных остатков триацетата глицерина. Получается глубокий ровный фиолетовый цвет.

Указанные примеры приведены только для иллюстрации и никоим образом не ограничивают заявленный способ, разнообразные модификации и изменения могут быть использованы, применены многие эквиваленты, не изменяя существо данного изобретения.

Реферат

Пленку из полиэтилентерефталата окрашивают в ванне на основе сольвентного или дисперсного красителя, или их смеси, причем краситель растворен или диспергирован в носителе, представляющем собой триацетат глицерина, при температуре в пределах температуры стеклования пленки, с последующим удалением красителя и носителя с поверхности окрашенной пленки и нагреванием пленки до температуры не меньше температуры мгновенного испарения носителя. Способ позволяет получить равномерную окраску на пленке при сохранении ее качества. 8 з. п. ф-лы, 1 ил.

Формула