Otrzymywanie i w³aœciwoœci elastomerowych silikonowych warstw antyadhezyjnych na papierze i pergaminie

Transkrypt

1 192 POLIMERY 2006, 51,nr3 JERZY CHRUŒCIEL 1), TOMASZ GRACZYK 2) Otrzymywanie i w³aœciwoœci elastomerowych silikonowych warstw antyadhezyjnych na papierze i pergaminie Streszczenie Metodami hydrolitycznej polikondensacji i równowa enia katalitycznego otrzymano poli(dimetylo-co-metylowinylo)siloksany (PMVS) Me 3 SiO(Me 2 SiO) m (MeViSiO) n SiMe 3 i poli(dimetylo-co-metylowodoro)siloksany (PMHS) Me 3 Si(Me 2 SiO) k (MeHSiO) l SiMe 3 ró ni¹ce siê ciê arem cz¹steczkowym, a wiêc i wartoœciami m oraz n, a tak e k oraz l. W wyniku usieciowania PMVS za pomoc¹ PMHS pod wp³ywem handlowych katalizatorów platynowych otrzymywano cienkie warstwy elastomerów silikonowych na papierze i pergaminie. W analogiczny sposób uzyskano porównawcze pow³oki z wykorzystaniem handlowych polimerów silikonowych i katalizatorów produkowanych przez 3 przoduj¹ce w tej dziedzinie firmy. Charakterystyka cech u ytkowych badanych pow³ok obejmowa³a pomiary gramatury, œcieralnoœci, migracji ich sk³adników w temperaturze pokojowej i w temp. 70 o C oraz oporu oddzielania taœmy samoprzylepnej (œwiadcz¹cego o w³aœciwoœciach antyadhezyjnych). Pow³oki z elastomerów silikonowych z syntez w³asnych nie ustêpowa³y w tych badaniach warstwom otrzymanym z produktów handlowych. S³owa kluczowe: silikonowe pow³oki antyadhezyjne, w³aœciwoœci u ytkowe, elastomery silikonowe, poli(dimetylo-co-metylowinylo)siloksany, poli(dimetylo-co-metylowodoro)siloksany. PREPARATION AND PROPERTIES OF ELASTOMERIC SILICONE ANTI-ADHESION LAYERS ON A PAPER OR PARCHMENT Summary Hydrolytic polycondensation and catalytic equilibration methods were used for preparation of poly(dimethyl-co-methylvinyl)siloxanes (PMVS) Me 3 SiO(Me 2 SiO) m (MeViSiO) n SiMe 3 and poly(dimethyl-co-methylhydro)siloxanes (PMHS) Me 3 Si(Me 2 SiO) k (MeHSiO) l SiMe 3 differing in molecular weights so also in m and n values as well as k and l (Table 1 3). As a result of crosslinking of PMVS with PMHS, with use of commercial platinic catalysts (Table 4), thin layers of silicone elastomers on a paper or parchment were obtained. In the same way the comparative coatings of commercial silicones were prepared with use of catalysts produced by three leader companies (Table 5). The following properties of the coatings were investigated: basis weight, abrasion, migration of the components at room temperature and at temp. 70 o C and release force (showing the release properties) (Table 6 and 7). The coatings made of silicone elastomers prepared in our syntheses showed similar properties to the layers made of commercial products. Key words: silicone release coatings, functional properties, silicone elastomers, poly(dimethyl-co-methylvinyl)siloxanes, poly(dimethyl-co-methylhydro)siloxanes. HYDROFOBOWOŒÆ I PRZYCZEPNOŒÆ POW OK SILIKONOWYCH CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA 1) Politechnika ódzka, Wydzia³ Chemiczny, Instytut Technologii Polimerów i Barwników, ul. Stefanowskiego 12/16, ódÿ, jchrusci@p.lodz.pl 2) Instytut Celulozowo-Papierniczy, ul M. Sk³odowskiej-Curie 19/27, ódÿ; aktualny adres: Océ USA, 385 Long Hill Road, Guilford, CT 06437, USA. Elastomerów krzemoorganicznych wulkanizuj¹cych w temperaturze pokojowej (typu RTV room temperature vulcanizing) [1] czêsto u ywa siê w procesie wytwarzania cienkich pow³ok o w³aœciwoœciach antyadhezyjnych (tzw. silicone release coatings). Tego rodzaju produkty stosuje siê przede wszystkim do wytwarzania etykiet, taœm i klejów samoprzylepnych, kompozycji typu antigraffiti, worków na lepiki, papierów i pergaminów do wypieków, tektury na opakowania, a tak e jako dodatek u³atwiaj¹cy przetwórstwo (mold release agents) w produkcji opon samochodowych [2 9]. Wa nym produktem o w³aœciwoœciach antyadhezyjnych jest silikonowany papier, który znalaz³ zastosowanie m.in. do otrzymywania p³ytek i skaju z PVC, jako sk³adnik laminatów dekoracyjnych z ró nych ywic syntetycznych oraz jako pokrycie taœm noœnych w technologii pianek poliuretanowych. Cienkie warstwy tworzone z elastomerów silikonowych charakteryzuj¹ siê ma³¹ energi¹ powierzchniow¹ i dziêki znacznej ró nicy parametrów rozpuszczalnoœci s³ab¹ mieszalnoœci¹ z polimerami organicznymi [10 16]. Bardzo wa n¹ grupê polimerów silikonowych stanowi¹ polidimetylosiloksany (PDMS). Odznaczaj¹ siê one wyj¹tkowo du ¹ hydrofobowoœci¹ i ³atwo zwil aj¹ po-

2 POLIMERY 2006, 51,nr3 193 wlekan¹ powierzchniê zarówno dziêki orientacji uk³adaj¹cych siê warstwowo grup metylowych, jak i ma³emu napiêciu powierzchniowemu [17]. O hydrofobowych w³aœciwoœciach cienkich warstw PDMS decyduj¹ obecne w nich grupy metylowe, natomiast w³aœciwoœci antyadhezyjnych nabieraj¹ one po usieciowaniu. Krytyczne napiêcie powierzchniowe silikonów (24 mn/m) jest wiêksze od ich w³asnego napiêcia powierzchniowego (20,4 mn/m), co powoduje, e s¹ one samozwil- alne; sprzyja to tworzeniu b³on i dobremu pokrywaniu powierzchni [5, 18, 19]. Liczne badania energii powierzchniowej silikonowych œrodków pow³okowych dowiod³y, e si³a potrzebna do oderwania taœm samoprzylepnych od takich silikonowych warstw zale y od wartoœci krytycznego napiêcia powierzchniowego oraz od modu³u elastycznoœci usieciowanych polimerów. Pierwszy z tych czynników wywiera istotny wp³yw w warunkach ma³ej prêdkoœci odrywania (0,3 m/min), drugi zaœ w warunkach du ej prêdkoœci odrywania (200 m/min) [2]. OTRZYMYWANIE I W AŒCIWOŒCI CIENKICH ANTYADHEZYJNYCH WARSTW Z ELASTOMERÓW SILIKONOWYCH Techniczne zastosowanie omawianych tu typów elastomerów silikonowych stanowi¹ przede wszystkim dwie dziedziny: œrodki antyadhezyjne oraz kleje przylepcowe (pressure sensitive adhesion). Dziel¹ siê one na a) œrodki wulkanizuj¹ce na gor¹co i b) œrodki wulkanizuj¹ce pod wp³ywem promieniowania UV lub dzia³ania wi¹zki elektronów [2]. S¹ to zazwyczaj ciek³e uk³ady dwusk³adnikowe. Polimerem podstawowym w grupie a) stanowi¹cej przedmiot dalszej czêœci niniejszego artyku³u s¹ kopolimery dimetylosiloksanowo-metylowinylosiloksanowe (PMVS) a czynnikami sieciuj¹cymi poli(dimetylo-co- -metylowodoro)siloksany (PMHS). Sieciowanie (wulkanizacja) przebiega w wyniku reakcji poliaddycji grup Si-Hpochodz¹cychzPMHSdogrupwinylowych PMHS: 2 Si CH CH + 2 H Si β-addycja (addukt g³ówny) [Pt] Si CH CH Si + Si CH CH Jako katalizatory tej polireakcji stosuje siê najczêœciej katalizatory platynowe [2, 20], np. katalizator Karstedta [21] oraz inne zwi¹zki metali przejœciowych (np. rodu). Cienkie, jednostronne pow³oki o w³aœciwoœciach antyadhezyjnych znacznie ³atwiej otrzymuje siê Si α-addycja (addukt uboczny) (1) z omawianych kauczuków silikonowych wystêpuj¹cych w postaci dyspersji lub roztworów ni wówczas, gdy maj¹ one du ¹ lepkoœæ (stan czysty). Ten drugi wariant z punktu widzenia wytwarzania pow³ok charakteryzuje siê jednak licznymi zaletami, mianowicie: bardzo dobrymi w³aœciwoœciami antyadhezyjnymi, d³ugim czasem aktywnoœci mieszanin przed u yciem, du ¹ szybkoœci¹ procesu utwardzania, ma³¹ zale noœci¹ oporu oddzielania od prêdkoœci oddzielania, ³atwoœci¹ oczyszczania przyrz¹dów do nanoszenia, brakiem koniecznoœci regeneracji rozpuszczalników i stosowania specjalnych zabezpieczeñ przeciwwybuchowych, ma³ym zu yciem energii w procesie sieciowania. Silikonowe warstwy antyadhezyjne mo na równie nanosiæ w postaci wodnych emulsji elastomerów [22, 23] i/lub ywic silikonowych [22, 24]. Wzglêdy ekonomiczne i ekologiczne oraz przepisy bhp powoduj¹, e zastêpuje siê roztwory i dyspersje silikonów w rozpuszczalnikach organicznych czystymi cieczami b¹dÿ uk³adami wodnymi. Materia³y Silany CZÊŒÆ DOŒWIADCZALNA Do syntezy PMVS i PMHS stosowano nastêpuj¹ce silany: dimetylodichlorosilan (Me 2 SiCl 2, DDS), metylowinylodichlorosilan (MeViSiCl 2, MVCS), trimetylochlorosilan (Me 3 SiCl, TMCS), metylowodorodichlorosilan (MeHSiCl 2, MHCS) firma Aldrich. Handlowe PMVS W celach porównawczych w badaniach zastosowaliœmy te nastêpuj¹ce PMVS: Q Paper-Coating (firmy Dow Corning), Si-Dehasiv VP 1570 (firmy Wacker Chemie) i Rhodorsil Resine (firmy Rhône-Poulenc Chimie Fine). Handlowe PMHS Dla porównania stosowano równie handlowe PMHS jako czynniki sieciuj¹ce: Vernetzer VP 1561 (firmy Wacker Chemie) i Durcisseur (firmy Rhône-Poulenc Chimie Fine). Katalizatory Stosowano handlowe katalizatory platynowe: Q Catalyst (firmy Dow Corning), Katalysator VP 1556 (firmy Wacker Chimie), Catalyseur (firmy Rhône-Poulenc Chimie Fine), stanowi¹ce kompleksy platyny z polimetylowinylosiloksanami.

3 194 POLIMERY 2006, 51,nr3 Papier i pergamin Powlekano papier ó³ty (prod. firma UPM-Kymmene, Finlandia) o gramaturze 77,61 g/m 2 i gruboœci 0,0725 mm oraz pergamin (prod. jw.) o gramaturze g/m 2 i gruboœci 0,035 mm. Synteza PMVS PMVS syntetyzowaliœmy metod¹ hydrolitycznej polikondensacji mieszanin chlorosilanów: Me 2 SiCl 2, MeViSiCl 2 ime 3 SiCl. Iloœci substancji wyjœciowych i czasy wkraplania wody przedstawia tabela 1. T a b e l a 1. Iloœci substancji wyjœciowychi czasy wkraplania wody w syntezie PMVS T a b l e 1. Initial substrates amounts and times of water dropping in, in PMVS synthesis TMCS DDS MVCS Woda Substancja wyjœciowa Nr hydrolizatu Ia *) II III IV V VI Iloœci substancji wyjœciowych mol 0,030 0,0197 0,0126 0,026 0,026 0,0197 cm 3 3,8 2,5 1,6 3,3 3,3 2,5 mol 2,94 2,94 2,94 3,93 3,93 3,93 cm mol 0,060 0,040 0,032 0,067 0,086 0,104 cm 3 7,8 5,2 4,2 8,7 11,2 13,5 mol 24,6 24,4 24,3 32,6 32,7 33,0 cm Heksan cm Czas wkraplania wody min *) Syntezê hydrolizatu Ia powtórzono w wiêkszej skali (Ib) por. czêœæ doœwiadczalna. Do ch³odzonej lodem z sol¹ czteroszyjnej kolby zawieraj¹cej mieszaninê chlorosilanów wkraplano, ci¹gle mieszaj¹c, wodê destylowan¹ z tak¹ szybkoœci¹, aby temperatura utrzymywa³a siê w przedziale 0 10 o C. Po zakoñczeniu wkraplania do mieszaniny reakcyjnej dodawano heksan (50 cm 3 na 1 mol chlorosilanów) i zawartoœæ kolby mieszano jeszcze w ci¹gu 0,5 h. Oddzielano utworzony kwas solny, a roztwór produktu w heksanie przemywano wod¹ destylowan¹ (porcjami do uzyskania odczynu obojêtnego), a nastêpnie odwadniano nad bezwodnym CaCl 2. Tak uzyskane roztwory hydrolizatów PMVS s¹czono przez lejek Schotta G-2, a oddzielony osad chlorku wapnia przemywano ma³ymi porcjami heksanu. Z przes¹czu oddestylowywano rozpuszczalnik, a pozosta³oœci stanowi¹ce hydrolizaty PMVS równowa ono (w celu uœrednienia wartoœci ciê aru cz¹steczkowego i zmniejszenia zawartoœci cyklosiloksanów) w ci¹gu kilku godzin w obecnoœci KOH (katalizator) i sulfotlenku dimetylowego (DMSO, aktywator) w temp o C. W syntezie nr VI próbki do badañ pobierano w trakcie przebiegu reakcji i wyznaczano ich graniczne liczby lepkoœciowe (GLL). Stwierdzono, e po up³ywie 5 h zanika wp³yw czasu reakcji na wartoœæ GLL. Katalizator (KOH) zobojêtniano wytrz¹saj¹c produkty (rozcieñczone heksanem lub eterem dietylowym) z 0,1 M roztworem kwasu solnego, u ytym z 10-proc. nadmiarem. Roztwór kopolisiloksanów przemywano wod¹ destylowan¹ do odczynu obojêtnego, po czym dodawano 50 cm 3 benzenu i azeotropowo oddestylowywano rozpuszczalniki wraz z wod¹. Syntezê PMVS powtórzono w wiêkszej skali (próbka Ib) uzyskuj¹c kopolimer o lepkoœci 650 cp. Resztkowe produkty lotne usuwano przez wygrzewanie PMVS w temp. 150 o C pod ciœnieniem p = 2 mm Hg (266,5 Pa), uzyskuj¹c odpowiednie kopolimery z wydajnoœci¹ %. Warunki procesu równowa enia T a b e l a 2. Warunki równowa enia hydrolizatu oraz charakterystyka utworzonych kopolimerów PMVS [Me 3 SiO(Me 2 SiO) m (MeVi- SiO) n SiMe 3 ] T a b l e 2. Conditions of equilibration of hydrolysis product and characteristics of prepared PMVS copolymers Warunki równowa enia hydrolizatu oraz charakterystyka utworzonych kopolimerów Nr hydrolizatu wg tabeli 1 Ia II III IV V VI Lepkoœæ hydrolizatu, cp 11,9 16,6 12,3 11,4 10,6 10,5 Iloœæ hydrolizatu, g 209,5 201,3 221,2 251,8 267,3 275,8 Iloœæ 5-proc. roztworu KOH, cm 3 0,45 0,45 0,55 0,62 0,66 0,68 Iloœæ u ytego DMSO, cm 3 1,02 1,02 1,12 1,27 1,23 1,25 Lepkoœæ kopolimeru, cp Czas reakcji, h ,5 Temperatura równowa enia katalitycznego, o C Wydajnoœæ kopolimeru, % 42,7 77,2 66,5 70,1 65,7 58,2 Za³o ony œredni sk³ad kopolimeru ) M 2D 200D Vi 4 M 2D 300D Vi 4 M 2D 400D Vi 4 M 2D 300D Vi 5 M 2D 300D Vi 6 M 2D 400D Vi 10 Mn (obl.) Ozn. zawartoœæ grup CH 2=CH w kopolimerze, mol/100 g 0,0278 0,0397 0,0239 0,0437 0,0391 0,0619 ) na podstawie stechiometrii monomerów CH! CH! M=(CH! )! Si O D= Si O D 8E = Si O CH! CH CH

4 POLIMERY 2006, 51,nr3 195 hydrolizatów oraz charakterystykê utworzonych kopolimerów PMVS przedstawia tabela 2. Porównawczo otrzymywaliœmy warstwy silikonowe z zastosowaniem wymienionych ju uprzednio handlowych PMVS. Synteza PMHS Hydrolizaty PMHS otrzymywaliœmy metod¹ hydrolitycznej polikondensacji mieszanin chlorosilanów (Me 2 SiCl 2, MeHSiCl 2 ime 3 SiCl) w heksanie, analogicznie jak PMVS (czas = 1 2,5 h, temp. <0 o C). Przegrupowanie katalityczne hydrolizatów PMHS przeprowadzaliœmy z kwasem siarkowym, w temperaturze pokojowej, w ci¹gu 5 7 h. Po oddestylowaniu pod zmniejszonym ciœnieniem liniowych i cyklicznych produktów lotnych otrzymaliœmy PMHS z wydajnoœci¹ % (próbki VII XII, tabela 3). W obecnoœci 50-proc. H 2 SO 4 otrzymaliœmy PMHS VII, VIII i IX z zawartoœci¹ grup Si-H zbli on¹ do wartoœci obliczonej (z za³o onego stosunku stechiometrycznego monomerów), natomiast PMHS X, XI i XII otrzymane pod wp³ywem 96-proc. H 2 SO 4 zawiera³y znacznie mniej grup Si-H ni by to wynika³o z obliczeñ. Przyczyn¹ tego jest prawdopodobnie czêœciowe rozga³êzienie ³añcuchów polisiloksanowych w wyniku hydrolizy lub utleniania czêœci wi¹zañ Si-H pod wp³ywem H 2 SO 4. W próbach porównawczych stosowaliœmy te wymienione ju uprzednio handlowe czynniki sieciuj¹ce. Otrzymywanie cienkich warstw elastomerów silikonowych T a b e l a 4. Sk³ady mieszanin powlekaj¹cychz³o onychz pochodz¹cychz syntez w³asnychkopolimerów oraz z handlowychkatalizatorów T a b l e 4. Compositions of coating mixtures made of synthesized copolymers and commercial catalysts Oznaczenie sk³adu a b c d e f g h Sk³adniki Udzia³ masowy cz. mas. PMVSII 100 PMHSVII 11,3 Katalysator VP ,13 PMVSIV 100 PMHSVII 12,5 Katalysator VP ,15 PMVSVI 100 PMHSVII 17,7 Katalysator VP ,18 PMVSIa 100 PMHSVII 11,1 Katalysator VP ,20 PMVSV 100 PMHSVII 12,5 Katalysator VP ,15 PMVSIb 100 PMHSVII 16 Catalyseur PMVSIb 100 PMHSVII 19,4 Catalyseur PMVSIb 100 PMHSVII 22 Catalyseur Ciecze silikonowe (PMVS z dodatkiem czynnika sieciuj¹cego PMHS i odpowiedniego katalizatora) starannie mieszano i nanoszono na papier lub pergamin metod¹ rotograwiurow¹, w sposób opisany w normie bran- T a b e l a 3. Warunki równowa enia hydrolizatu PMHS wobec H 2 SO 4 oraz charakterystyka utworzonych kopolimerów Me 3 Si(Me 2 SiO) k (MeHSiO) l SiMe 3 T a b l e 3. Conditions of equilibration of hydrolysis product PMHS in the presence of H 2 SO 4 and characteristics of prepared copolymers Me 3 Si(Me 2 SiO) k (MeHSiO) l SiMe 3 Warunki równowa enia oraz charakterystyka utworzonych kopolimerów Numer próbki hydrolizatu k:l = 3:1 k:l = 4:1 VII VIII IX X XI XII Iloœci hydrolizatu, g 285,9 284,5 260,0 266,9 312,5 270,5 Lepkoœæ hydrolizatu, cp Iloœci H 2SO 4,cm 3 15,5 15,5 14,1 14,5 17,0 14,7 Stê enie H 2SO 4, % mas Czas reakcji, h Za³o ony œredni sk³ad kopolimeru M 2D 30D H 10 M 2D 75D H 25 M 2D 150D H 50 M 2D 40D H 10 M 2D 100D H 25 M 2D 200D H 50 Iloœci kopolimeru, g 169,6 167,2 185,2 224,8 212,1 185,2 Iloœci produktów lotnych, g 99,9 96,2 21,9 31,3 56,8 21,8 Wyd. kopolimeru, % 59,3 58,7 71,2 84,0 67,8 68,4 Lepkoœæ kopolimeru, cp Zawartoœæ grup Si-H w polimerze, mol/100 g (0,3346) *) (0,3459) *) (0,3498) *) (0,2681) *) (0,2753) *) (0,2778) *) 0,3513 **) 0,3261 **) 0,3447 **) 0,2161 **) 0,2185 **) 0,2178 **) Zawartoœæ grup Si-H w produktach lotnych, mol/100 g **) 0,1338 0,1309 0,1345 0,1407 0,1819 0,1776 ) obliczona, ) oznaczona.

5 196 POLIMERY 2006, 51,nr3 owej BN-76/ Pow³oki silikonowe sieciowano w temp. 150 o C w ci¹gu 30 s. Sk³ady silikonowych mieszanin powlekaj¹cych przedstawiaj¹ tabele 4 i 5. T a b e l a 5. Sk³ad handlowych silikonowych mieszanin powlekaj¹cych T a b l e 5. Compositions of commercial silicone coating mixtures Lp. Firma Sk³adniki 1. Dow Corning 2. Wacker Chemie 3. Rhône-Poulenc Chimie Fine Charakterystyka produktów PMVS i PMHS Udzia³ masowy cz. mas. Q Paper Coating 100 Q Catalyst 10 Si-Dehasiv VP Vernetzer VP ,0 Katalysator VP ,4 Rhodorsil Resine Durcisseur ,5 Catalyseur ,0 Graniczn¹ liczbê lepkoœciow¹ oznaczano metod¹ rozcieñczeniow¹ w wiskozymetrze Ubbelohde a; rozpuszczalnik toluen, temp. 25 o C. Lepkoœæ dynamiczn¹ polisiloksanów mierzono w temp. 25 o C lepkoœciomierzem Rheotest RV (firmy VEB Prûfgeräte-Werk Medingen, Drezno). Zawartoœæ grup winylowych okreœlano metod¹ jodometryczn¹. Grupy Si-H oznaczano zmodyfikowan¹ metod¹ grawimetryczn¹ Fritza [25]. Kompozycje powlekaj¹ce i pow³oki Ci¹g³oœæ pow³ok silikonowych na papierze i pergaminie sprawdzano za pomoc¹ alkoholowo-wodnego roztworu Rhodaminy B (producent firma Aldrich) przygotowanego przez rozpuszczenie jej (1 g) w 96-proc. alkoholu etylowym (100 g). Roztworem tym zwil ano powierzchniê badanego silikonowanego papieru b¹dÿ pergaminu stosuj¹c jak najmniejszy docisk. W odniesieniu do wszystkich próbek stwierdzono ci¹g³oœæ pow³ok nie zaobserwowano migracji barwnika do powleczonego pod³o a (brak zabarwienia tego pod³o a). W celu oceny w³aœciwoœci antyadhezyjnych zmierzono opór oddzielania standardowej taœmy samoprzylepnej d³ugoœci 150 mm i szerokoœci 15 mm od warstw silikonowych na papierze i pergaminie oraz migracjê ewentualnej nieusieciowanej pozosta³oœci powlekaj¹cej kompozycji silikonowej (w temperaturze pokojowej i w temp. 70 o C) wg normy PN-EN 1939:2004 w obydwu przypadkach. Œcieralnoœæ okreœlano na podstawie wizualnej oceny wp³ywu dzia³ania metalowej ³opatki laboratoryjnej na wygl¹d powierzchni. T a b e l a 6. W³aœciwoœci kompozycji powlekaj¹cych(handlowychi w³asnych) oraz powleczonychpapierów; nanoszenie kompozycji za pomoc¹ powlekarki rêcznej T a b l e 6. Properties of coating compositions (commercial and own ones) and of papers coated; coating by hand spreading machine Kompozycje handlowe firm: Kompozycje w³asne (symbole kompozycji wg tabeli 4) Rhône- -Poulenc Wacker Chemie Dow Corning W³aœciwoœæ a b c d e g h Lepkoœæ kompozycji, cp Gramatura naniesionej warstwy silikonowej, g/m 2 9,71 6,48 5,28 13,0 8,5 7,2 4,7 7,8 6,2 3,7 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 (temperatura pokojowa, brak obci¹ enia), N/m 2 9,8 17,6 3,6 2,5 4,9 1,2 3,0 2,5 9,8 2,5 4,9 2,5 4,9 2,5 2,5 4,9 2,5 4,9 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 24 h w temperaturze pokojowej, obci¹ enie 49 N, N/m 2 24,5 49,0 3,6 11,0 6,2 18,3 2,5 3,6 3,6 4,9 3,6 4,9 2,5 8,5 2,5 7,4 4,9 12,3 3,6 12,2 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 24 h wtemp.70 o C, obci¹ enie 49 N, N/m 2 61, ,3 58,8 14,7 61,7 3,6 6,4 4,9 13,7 4,9 17,2 3,6 9, Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 72 h wtemp.70 o C, obci¹ enie 49 N, N/m 2 60, ,1 20,6 6,2 20,6 6,2 17,

6 POLIMERY 2006, 51,nr3 197 WYNIKI BADAÑ I ICH OMÓWIENIE Oceniliœmy kilka otrzymanych przez nas kompozycji polisiloksanowych o zró nicowanym wzajemnym stosunku podstawowego polimeru (PMVS), œrodka sieciuj¹cego (PMHS) oraz katalizatora w celu wyboru uk³adu zapewniaj¹cego uzyskanie nastêpuj¹cych cech u ytkowych: odpowiedniej lepkoœci, umo liwiaj¹cej naniesienie warstw silikonowych o gramaturze 1 2 g/m 2, odpornoœci na przedwczesne elowanie, ma³ej migracji silikonów i ma³ej œcieralnoœci pow³ok oraz najlepszych w³aœciwoœci antyadhezyjnych. Otrzymaliœmy równie pow³oki porównawcze z silikonowych produktów handlowych. Zbadaliœmy wp³yw lepkoœci kompozycji powlekaj¹cej na w³aœciwoœci antyadhezyjne i gramaturê warstw silikonowych naniesionych za pomoc¹ powlekarki rêcznej (tabela 6). W³aœciwoœci antyadhezyjne papierów powleczonych produktami pochodz¹cymi z syntez w³asnych s¹ równie dobre, a nawet lepsze ni w³aœciwoœci papierów powleczonych uznanym produktem handlowym, czyli kompozycj¹ firmy Wacker Chemie. Pod wzglêdem w³aœciwoœci antyadhezyjnych wyró nia³a siê zw³aszcza kompozycja d) o najmniejszej lepkoœci (476 cp), porównywalnej z lepkoœci¹ produktów handlowych ró nych firm ( cp), jednak œcieralnoœæ pow³ok z tej kompozycji okaza³a siê zbyt du a. Natomiast zwiêkszaj¹c udzia³ œrodka sieciuj¹cego (PMHS) uzyskaliœmy bardzo dobre w³aœciwoœci antyadhezyjne, a pow³oka nie ulega³a ju Jak ju wspomniano, w celu oceny w³aœciwoœci antyadhezyjnych pow³ok mierzyliœmy si³y oddzielania od nich taœmy samoprzylepnej. Im ta si³a jest mniejsza, tym w³aœciwoœci antyadhezyjne badanych warstw s¹ lepsze. W kolejnych próbach u yliœmy katalizatora firmy Rhône Poulenc ( Catalyseur ) mniej aktywnego ni katalizator firmy Wacker Chemie ( Katalysator VP 1556 ). Stwierdziliœmy, e rodzaj katalizatora nie wywiera istotnego wp³ywu na w³aœciwoœci usieciowanych pow³ok. Do powlekania papieru w skali æwierætechnicznej u yliœmy powlekarki Jagenberg, wyposa onej w prêt Meyera, wybieraj¹c kompozycjê f). Ze wzglêdu na brak w wyposa eniu powlekarki specjalnej g³owicy rotograwiurowej (do cienkich warstw), uzyskaliœmy grub¹ warstwê silikonow¹ o du ej, wynosz¹cej ok. 10 g/m 2 gramaturze. Tak gruba warstwa silikonowa wykazywa³a du ¹ œcieralnoœæ (prawdopodobnie wskutek niedostatecznego usieciowania) i dlatego nie zbadano jej w³aœciwoœci antyadhezyjnych. Zastosowanie pergaminu nienasi¹kaj¹cego kompozycj¹ silikonow¹ umo liwi³o zmniejszenie gramatury tylko do ok. 5 g/m 2 [kompozycja g) z tabeli 5]. S¹ to jednak (ze wzglêdu na znaczn¹ lepkoœæ u ytych kompozycji) wartoœci gramatury zbyt du e do zastosowañ przemys³owych. W³aœciwoœci pergaminu powleczonego elastomerami silikonowymi (handlowymi i w³asnymi) zestawiono w tabeli 7. Charakterystyka antyadhezyjna pow³ok z kompozycji w³asnej by³a wiêc lepsza ni pow³ok z produktów handlowych i równie dobra jak pow³ok otrzymanych przy u yciu powlekarki rêcznej. T a b e l a 7. W³aœciwoœci pergaminu powleczonego kompozycjami silikonowymi handlowymi i z syntez w³asnych T a b l e 7. Properties of a parchment coated with silicone compositions commercial ones and from our syntheses W³aœciwoœci Kompozycje handlowe (numery wg tabeli 5) Kompozycja w³asna [(g) wed³ug tabeli 4] Gramatura pergaminu, g/m 2 45,82 46,77 47,44 45,88 Gramatura naniesionej warstwy silikonowej, g/m 2 5,0 5,9 6,6 5,0 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 (temperatura pokojowa, brak obci¹ enia), N/m 2 6,4 11,0 3,4 11,0 3,4 8,3 2,5 8,3 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 24 h w temperaturze pokojowej, obci¹ enie 49 N, N/m ,4 8,3 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 24 h w temp. 70 o C, obci¹ enie 49 N, N/m ,7 53,9 Opór oddzielania taœmy samoprzylepnej 10 4 po 72 h w temp. 70 o C, obci¹ enie 49 N, N/m ,9 134 Migracja po 24 h w temperaturze pokojowej, obci¹ enie 68,6 N, % Migracja po 24 h w temp. 70 o C, obci¹ enie 68,6 N, % œcieraniu. Jednak e wprowadzenie jeszcze wiêkszej iloœci czynnika sieciuj¹cego wydaje siê niecelowe, mog³oby to bowiem powodowaæ przedwczesne elowanie mieszanin. Migracja w temperaturze pokojowej z produktów w³asnych by³a wiêksza (14 %), ni z produktów handlowych (0 %), lecz wyniki testu wykonanego w temp. 70 o C wykaza³y, e w³aœciwoœci migracyjne obu bada-

7 198 POLIMERY 2006, 51,nr3 nych w tych warunkach produktów s¹ porównywalne (14 %). PODSUMOWANIE Jakoœæ pow³ok otrzymanych z syntetyzowanych przez nas polisiloksanów nie ustêpuje jakoœci pow³ok silikonowych utworzonych z produktów renomowanych firm. Polepszenie wymienionych powy ej w³aœciwoœci takich warstw zamierzamy uzyskaæ w toku planowanych badañ optymalizacji sk³adu kompozycji ciek³ych elastomerów silikonowych stosowanych do wytwarzania pow³ok antyadhezyjnych. Uzyskane wyniki stanowi¹ podstawê do dalszych prac, które bêd¹ prowadzone we wspó³pracy z firmami przemys³owymi. Planowane badania maj¹ na celu ustalenie wp³ywu budowy chemicznej sk³adników polisiloksanowych (podstawowego polimeru, czyli PMVS oraz czynnika sieciuj¹cego PMHS) na jakoœæ powstaj¹cych warstw silikonowych, a ich efektem ma byæ praktyczne zastosowanie opracowanych kompozycji w technologii otrzymywania papieru i pergaminu pokrytych cienk¹, antyadhezyjn¹ warstw¹ elastomerów silikonowych typu RTV. Istotny wydaje siê przy tym nieuwzglêdniany w dotychczasowych badaniach fakt, e zastosowanie ciek³ych polisiloksanów o mniejszej lepkoœci (mniejszych wartoœciach ciê aru cz¹steczkowego) mo e mieæ niekorzystny wp³yw na w³aœciwoœci mechaniczne warstw silikonowych (np. œcieralnoœæ). LITERATURA 1. Chruœciel J.: Polimery 1999, 44, Kobayashi K., Takimoto S., Osawa Z.: Polym. Bull. 1998, 41, 77, i odnoœniki tam e. 3. Brook M. A.: Silicon in Organic, Organometallic and Polymer Chemistry, J. Wiley & Sons, Nowy Jork Chichester Weinheim Brisbane Singapur Toronto 2000, i odnoœniki tam e. 4. Stein J., Grade H., Williams E. A., Codella P. J., Smith J. F.: J. Appl. Polym. Sci. 1993, 47, De Buyl F.: Int. J. Adh. 2001, 21, Roœciszewski P., Zielecka M.: Silikony w³aœciwoœci i zastosowanie, WNT, Warszawa Pat. jap (2000); wg CA 2000, 133, Czech Z., Gor¹cy K.: Polimery 2005, 50, Zielecka M.: Polimery 2004, 49, Inoue H., Matsumoto A., Matsukawa K., Ueda A., Nagai S.: J. Appl. Polym. Sci. 1990, 40, Inoue H., Matsumoto A., Matsukawa K., Ueda A., Nagai S.: J. Appl. Polym. Sci. 1991, 41, Dwight D. W., McGrath J. E., Riffle J. S., Smith S. D., York G. A.: J. Electron Spect. 1990, 52, Tezuka Y., Ono T., Imai K.: J. Colloid Interf. 1990, 136, Tezuka Y., Ono T., Imai K.: J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, He X. W., Widmaier J. M., Herz J. E., Meyer G. C.: Polymer 1992, 33, Bischoff R., Cray S. E.: Prog. Polym. Sci. 1999, 24, a) Owen M. J.: Siloxane Surface Activity w Silicon-Based Polymer Science: A Comprehensive Resource (red. Zeigler J. M., Fearon M. W. G.), American Chem. Soc. Adv. Chem. Ser. 224, Washington DC, 1990; b) Owen M. J.: Surface Chemistry and Applications w Siloxane Polymers (red. Clarson S. J., Semlyen J. A.), Prentice Hall, Noll W.: Chemistry and Technology of Silicones, Academic Press, Nowy Jork Owen M. J.: Chemtech 1981, 11, Marciniec B., Guliñski J., Urbaniak W., Kornetka Z. W.: Comprehensive Handbook on Hydrosilylation (red. Marciniec B.), Pergammon Press, Oxford Nowy Jork Seul Tokio a) Chandra G., Lo P. Y., Hitchcock P. B., Lappert M. F.: Organometallics 1987, 6, 191; b) Warhurst J. W., Hitchcock P. B., Lappert M. F., Warhurst J. W.: Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1991, 30, Pat. europ (2000); wg CA 2000, 132, Pat. franc (1999); wg CA 2000, 132, Pat. jap (1999); wg CA 2000, 132, Kreshkov A., Bork V. A., Shvyrkova L. A.: Zavod. Lab. 1962, 28, 151. Otrzymano 15 IX 2004 r.