Клеевая композиция для изготовления слоистых изделий из поликарбоната и полиметилметакрилата

 

Использование: изготовление слоистых изделий из поликарбоната и полиметилметакрилата, в частности многослойных изделий из поликарбоната и ориентированного полиметилметакрилата, предназначенных для остекления и защитных лицевых масок. Сущность изобретения: клеевая композиция для изготовления слоистых изделий из поликарбоната и полиметилметакрилата, в частности, ориентированного полиметилметакрилата, содержит, мас.ч. циклогексилметакрилат или бутилметакрилат 40 60; 2-этилгексилакрилат 40 60, метакрилатметилметилдиэтоксисилан 0,3 0,5, инициатор полимеризации 0,2 0,5 Композиция может дополнительно содержать до 0,5 мас.ч, триаллилизоцианурата. Слоистые изделия, полученные с применением композиции, не изменяют оптических характеристик в процессе эксплуатации в интервале температур от 40 до + 50°С в течение 100 ч, обеспечивает защиту от поражения пулей со скоростью 315 м/с, энергией 303 Дж без образования осколков. 1 з.п.ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к созданию клеящих веществ на основе высокомолекулярных продуктов полимеризации, применяемых для изготовления слоистых изделий из поликарбоната и полиметилметакрилата, в частности многослойных изделий из поликарбоната (ПК) и ориентированного полиметилметакрилата (АО-120), предназначенных для остекления и защитных лицевых масок.

К изделиям указанного назначения предъявляются следующие требования: изделия должны быть профилированными; обеспечивать защиту от поражения пулей без образования осколков (стойкость к удару); иметь хорошие оптические характеристики (отсутствие отлипов, пузырей, свилей, оптической неоднородности); выдерживать температуру эксплуатации от минус 40 до плюс 50^оС.

Широко известен способ изготовления слоистых материалов на основе поликарбоната и ПММА методом прессования.

При этом в качестве промежуточной прослойки используют поливинилбутираль, полиуретан, кремнийорганические смолы [1] пластифицированный поливинилбутираль [2] Однако метод прессования требует применения сложного и дорогостоящего оборудования, что приводит к усложнению технологии изготовления и высокой себестоимости продукции. Кроме того, этим методом невозможно получить профилированные изделия с применением СО-120 и ПК (и тем более АО-120 и ПК).

Известно получение слоистых изделий на основе поликарбоната и ПММА заливочной технологией. Используя данный метод, можно получать слоистые материалы со склеивающей прослойкой на основе полиуретана и кремнийорганических смол [1] Полученные по известной технологии слоистые изделия с полиуретановой или кремнийорганической прослойкой могут быть профилированными, могут обеспечивать защиту от поражения пулей без образования осколков и иметь хорошие оптические характеристики. Вместе с тем, полиуретановые и кремнийорганические смолы имеют недостаточную адгезионную прочность к полиметилметакрилату, в результате чего при эксплуатации изделий в интервале температур от минус 40 до плюс 50^оС происходит частичное отслаивание склеивающего полимера от поверхности органического стекла.

Известна клеевая композиция для приклеивания полиакрилатов (ПА) к поликарбонатам (ПК), которую получают смешением, мас.ч. 30-150 метанола; 5-40 ледяной уксусной кислоты, 100 хлористых метилена и/или этилена с вспомогательными веществами и стабилизаторами. Метанол вводят для снижения растворяющей способности хлористых метилена и этилена по отношению к полиакрилатам и для предотвращения меления и вспенивания во время склеивания. Согласно приведенному примеру, между двумя прозрачными пластинами 100х100х2 мм из полиакрилата и поликарбоната впрыскивают смесь, мас.ч. 100 хлористого метилена, 100 метанола, 20 ледяной уксусный кислоты и прессуют под давлением. Клеевое соединение через несколько минут не обнаруживает меления и вспенивания [3] При изготовлении профилированных изделий из ПА и ПК с использованием запатентованной клеевой композиции в клеевой прослойке появляются пузырьки, свиль, оптическая неоднородность в виде мутных пятен. Указанный недостаток проявляется в еще большей степени при использовании в качестве одной из склеиваемых пластин ориентированного полиметилметакрилата. Кроме того, при эксплуатации изделия в интервале температур от минус 40 до плюс 50^оС происходит его расклеивание. Достаточно широко используются в заливочной технологии (мет) акриловые мономеры.

Известны безосколочные стекла, полученные заливочной технологией, отдельные слои которых выполнены из синтетической смолы и соединены между собой тонкой мягкой и эластичной пленкой на основе полиоксиалкилакрилата или сополимера с содержанием последнего более 80% Указанная стекла применяют в качестве пуленепробиваемых и нерастрекивающихся стекол, таких как ветровые стекла автомобилей или стекла кабины самолетов.

Согласно примерам между пластинами из поликарбоната толщиной 0,5 мм и полиметилметакрилата толщиной 20 мм заливают раствор 0,1 мас. ч. диметилпаратолуидина и 0,5 мас.ч. 50%-ной перекиси бензоила в 99,4 мас.ч. 1,4-бутандиолмоноакрилата или гидроксипропилакрилата, или гидроксиэтилакрилата. Слой жидкого мономера отверждают за 20-30 мин с образованием прозрачной мягкой пленки [4] Известное техническое решение должно обеспечивать стойкость к удару и хорошие оптические характеристики изделия. К недостаткам его можно отнести то, что изделие с описанной клеевой композицией не выдерживает испытаний при температуре минус 40^оС (происходит растрескивание клеевой прослойки).

В качестве прототипа взята фотоотверждаемая клеевая композиция, используемая для изготовления содержащих поликарбонат изделий, которую получают смешением 10-80 (30-70)% продукта реакции линейных сложных и простых полиэфирдиолов с диизоцианатами при соотношении -OH и -NCO-групп 1:1-2:1 с последующей обработкой акрилатными соединениями; 5-70 (10-50)% гидроксиалкил(мет)акрилатов (2-гидроксиэтил- и 2-оксипропилалкил(мет)акрилатов); 3-70 (5-20)% ненасыщенных карбоновых кислот ((мет)акриловой, малеиновой и кротоновой кислот) и 0,1-10 (0,5-5)% фотоинициатора (бензоин и др.). Согласно примеру, указанную композицию наносят на поверхность листа из поликарбоната, наслаивают прозрачный лист из полиметилметакрилата и с этой же стороны облучают 2 ч светом ртутной лампы, через 1 сут получают слоистое изделие с прочностью адгезии между слоями 60 кг/см² [5] Полученное изделие должно обеспечивать стойкость к удару. Однако при изготовлении профилированных изделий методом наслоения невозможно получить изделия с хорошими оптическими свойствами вследствие неравномерности нанесения клеевой композиции на поверхность профилированного изделия. Кроме того, изделия не выдерживают испытания при температуре минус 40^оС.

Из приведенного анализа уровня техники следует, что ни одно из известных технических решений не обеспечивает слоистым изделиям на основе ПК и ориентированного ПММА требуемый комплекс технических характеристик.

Изобретением решается задача улучшения оптических характеристик профилированных изделий, расширения температурного интервала их эксплуатации от минус 40^оС до плюс 50^оС с одновременным обеспечением стойкости к удару.

Указанный технический результат достигается тем, что клеевая композиция для изготовления слоистых изделий из поликарбоната и полиметилметакрилата, в частности ориентированного полиметилметакрилата, включающая (мет)акриловые мономеры и инициатор полимеризации, в отличие от известной, содержит в качестве (мет)акриловых мономеров циклогексилметакрилат или бутилметакрилат, 2-этилгексилакрилат и дополнительно метакрилатметилметилдиэтоксисилан при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Циклгексилметакрилат или бутилметакрилат 60-40 2-Этилгексилакрилат 40-60
Метакрилатметилметил- диэтоксисилан 0,3-0,5
Инициатор полиме- ризации 0,2-0,5 (последние два компонента на 100 мас. ч. смеси мономеров ).

Клеевая композиция может дополнительно содержать триаллилизоцианурат до 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси мономеров.

В предлагаемом техническом решении новым является сочетание указанных компонентов в заявленных количествах, что позволяет получить профилированные слоистые изделия на основе поликарбоната и ориентированного полиметилметакрилата с требуемыми оптическими характеристиками и стойкостью к удару в интервале температур от -40 до +50^оС.

П р и м е р ы 1-3.Состав клеевых композиций приведен в таблице.

Приготовление клеевой композиции заключается в следующем: рассчитанное количество циклогексилметакрилата или бутилметакрилата, 2-этилгексилакрилата, метакрилатметилметилдиэтоксилана и инициатора полимеризации тщательно перемешивают, вакуумируют в течение 3-5 мин при остаточном давлении 40-50 мм рт.ст. с целью удаления кислорода воздуха. Затем готовят форму из профилированного ориентированного полиметалметакрилата (АО-120) и поликарбоната размерами 240х70 мм и толщинами 12 и 6 мм соответственно следующим образом: поверхность моют дистиллированной водой, затем протирают сухой салфеткой. Необходимый зазор в форме создается с помощью прокладки из ПВХ-трубки, герметичность обеспечивается поджатием прокладочной трубки с помощью струбцин. Готовую смесь заливают в форму и отверждают ее термическим путем или с помощью УФ-излучения. Режим отверждения приведен в таблице. После отверждения форму освобождают от струбцин. Прокладочную трубку в случае необходимости удаляют с помощью обрезки изделия по периметру или оставляют ее как герметизирующий элемент.

Полученные изделия имеют хорошие оптические показатели (отсутствуют отлипы, пузыри, свили, оптическая неоднородность), выдерживают испытания при температуре от минус 40^оС до плюс 50^оС в течение 100 ч обеспечивают защиту от поражения пулей из пистолета Макарова со скоростью V=315 м/с и энергией ε_o=303Дж без образования осколков.

Состав клеевых композиций, свойства профилированных изделий, полученных на их основе, представлены в таблице.

П р и м е р 4. В форму, состоящую из профилированного стекла АО-120 (стрела прогиба 50-100 мм на длине 600-800 мм) размером 710х535х10 мм и профилированного поликарбоната (такой же конструкции, как и стекло АО-120) толщиной 2 мм, заливают мономерную смесь (состав клеевой композиции приведен в таблице) и отверждают ее под действием УФ-излучения в течение 4 ч.

Слоистый материал, полученный с использованием данной клеевой композиции, не изменяет своих оптических характеристик в температурном интервале от -40 до +50^оС в течение 100 ч. Во время испытаний по образцам размером 400х400 мм проводились выстрелы шаром (Р= 1 г) со V=2000 км/ч. При этом внешнее органическое стекло АО-120 локально растрескивалось, а полкарбонатный слой не образовывал осколков.

П р и м е р 5. Слоистое профилированное изделие получают по примеру 4, но используют поликарбонат толщиной 6 мм, мономерная смесь дополнительно содержит 0,5 мас.ч. триаллилизоцианурата, в качестве инициатора -0,5 мас.ч. дициклогексилпероксидикарбоната (новинит) и отверждение мономерной смеси проводят при 40^оС в течение 3 ч. Слоистые профилированные изделия, полученные с применением указанной клеевой композиции, не изменяют оптических характеристик в процессе эксплуатации в интервале температур от -40 до +50^оС в течение 100 ч. Во время испытаний на безосколочность по образцам размером 400х400 мм проводили выстрелы шаром (2 г) со V=1000 км/ч под углом 50^о. При этом внешнее стекло АО-120 локально растрескивалось, а поликарбонатный слой не образовывал осколков.

Из приведенных в таблице данных видно, что профилированные изделия из поликарбоната и ориентированного полиметилметакрилата, полученные с применением предлагаемой клеевой композиции, соответствуют требованиям по оптическим характеристикам, стойкости к удару и по температурному интервалу их эксплуатации.

Указанный технический результат отсутствует за пределами заявленного интервала содержания компонентов в предлагаемой клеевой композиции.

Формула изобретения

1. КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИКАРБОНАТА И ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА, в частности, ориентированного полиметил-метакрилата, включающая (мет)акриловые мономеры и инициатопролимеризации, отличающаяся тем, что она содержит в качестве (мет)акриловых мономеров циклогексилметакрилат или бутилметакрилат, 2-этилгексилакрилат и дополнительно-метакрилатметилметилдиэтоксисилан при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Циклогексилметакрилат или бутилметакрилат 60 40
2-Этилгексилакрилат 40 60
Метакрилатметилметилдиэтоксисилан

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит до 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. смеси мономеров триаллилизоцианурата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3