ВВЕДЕНИЕ 9
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1. Краткая характеристика полиэтилентерефталата 11
1.1.1. Применение полиэтилентерефталата 11
1.1.2. Преимущественные особенности ПЭТ 11
1.2. Проблема утилизации ПЭТ 12
1.2.1. Восприятие ПЭТ покупателями 12
1.2.2. Объемы ПЭТ-отходов 13
1.2.3. Вторичное использование и подготовка ПЭТ-отходов к переработке . 14
1.2.4. Возможное решение одной из проблем переработки 15
1.3. Этикетирование 15
1.3.1. Традиционные методы нанесения информации 15
1.3.2. Лазерные технологии и их особенности 17
1.3.2.1. Решение вопроса этикетки 17
1.3.2.2. Преимущества лазерной маркировки 17
1.3.2.3. Используемые лазерные системы. Особенности взаимодействия
полимера с излучением 19
1.3.2.4. Недостатки лазерной маркировки 20
1.3.2.5. Использование светопоглощающих добавок 21
1.4. Особенности структурной модификации ПЭТ в результате нагрева 26
1.4.1. Пять основных механизмов маркировки 26
1.4.1.1. Ценообразование и микротрещины 27
1.4.1.2. Изменение цвета 28
1.4.1.3. Обесцвечивание 28
1.4.1.4. Гравировка 29
1.4.1.5. Абляция 29
1.4.2. Образование пор вокруг светопоглощающих центров 31
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ
КОМПОЗИТОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ НА ОСНОВЕ ПЭТ И РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 32
2.1. Материалы и методы 32
2.1.1. Объект исследования 32
2.1.2. Оборудование и методы исследования 32
2.2. Результаты и обсуждение 33
2.2.1. Изменение оптических характеристик 33
2.2.2. Механизмы формирования центров рассеяния света 38
2.2.3. Характеризация оптических свойств 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является одним из самых популярных материалов, который применяется для упаковки продуктов питания, различных напитков, бытовой химии и другой продукции. Ежедневно выбрасываются тонны упаковки, которые скапливаются на свалках, в океане, и только в лучшем случае попадают на перерабатывающие предприятия. Проблема переработки пластиковой упаковки - одна из самых актуальных на сегодняшний день.
Масштабное использование пластиковой упаковки обуславливается экономическим превосходством ПЭТ над другими материалами благодаря ряду преимуществ, если речь идет о производственных масштабах.
Таким образом, из вышесказанного следует, что отказ от ПЭТ-тары практически невозможен. Поэтому в данной работе описаны композиты на основе ПЭТ, внедрение которых в технологический процесс сделает производство экологически и экономически более выгодным.
Для технологий вторичной переработки любых материалов предпочтение отдается одноосновным материалам, что позволяет исключить или минимизировать этап сортировки. В настоящий момент большинство информации наносится не на изделие, а с помощью этикеток, что не целесообразно с точки зрения экологии и экономии. Предлагаемые в данной работе композиты, позволят исключить из производства процесс этикетирования, и тем самым упростят изготовление изделий и их обработку. С помощью композитных полимерных матриц становится возможным формирование изображения непосредственно в полимере без использования этикеток.
В настоящей работе представлена методика записи контрастных изображений под действием излучения волоконного лазера с длиной волны 1,07 мкм, для которой ПЭТ почти прозрачен, что позволяет добиться необходимого результата путем воздействия излучения не на полимерную матрицу, а на добавляемые в композит частицы.
Цели и задачи работы
Целью данной работы является исследование и описание механизмов лазерной маркировки полиэтилентерефталата с наночастицами нитрида титана.
Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи:
— проведение лазерной модификации ПЭТ с красителем и наночастицами TiN;
— измерение спектральных характеристик образцов и вычисление их показателя преломления и экстинкции;
— определение оптических характеристик центров светорассеяния;
— исследование структурных особенностей областей лазерной обработки;
— изучение возможности применения лазерной маркировки ПЭТ на производстве.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была показана возможность формирования контрастных изображений на ПЭТ с наночастицами TiN в результате лазерной обработки излучением ближнего ИК. Экспериментально подтверждено, что с увеличением плотности энергии лазерных импульсов происходило увеличение концентрации и размеров центров светорассеяния, снижение пропускания (в 3-4 раза) и зеркального отражения (в 4¬7 раз), а также увеличение диффузного отражения (в 5-9 раз) областей маркировки. Выявлено, что оптические характеристики областей лазерной обработки определялись оптическими свойствами центров светорассеяния, их концентрацией и размером. Центры светорассеяния представляли собой микро - и наноразмерные полости, окруженные в некоторых случаях кристаллической фазой. Контраст формируемых изображений определялся объемной долей центров светорассеяния, которая зависела от режимов лазерного облучения, в данном случае, от плотности энергии падающего излучения.
Таким образом, в результате проведенной работы была достигнута поставленная цель исследования и описаны механизмы лазерной маркировки ПЭТ с НЧ нитрида титана, а также рассмотрен спектр возможных применений и особенностей маркированного ПЭТ и композитов на его основе.
Практические исследования проводились в рамках сотрудничества университета ИТМО и компаний «Лазерный центр» и «АПГ Восточная Европа». Данная технология была отработана на производстве изготовления бутылок при маркировке преформ и дальнейшем выдуве продукции. Основным требованием заказчика являлось получение контрастного изображения на ПЭТ -композитах с помощью лазерного излучения ближнего ИК.
