Способ получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров

Изобретение относится к области получения листового органического стекла (со)полимеризацией в массе эфиров (мет)акриловой кислоты, применяемого для изготовления нейтральных светофильтров, которые используются в приборостроении, средствах индивидуальной защиты и остеклении спортивных самолетов. Способ получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров путем (со)полимеризации в массе эфиров метакриловой кислоты в присутствии УФ-абсорбера, инициатора радикальной полимеризации и светопоглощающей добавки, включающую форполимеризацию мономера и последующую деполимеризацию смеси в плоскопараллельной форме. В качестве эфиров метакриловой кислоты используют метилметакрилат или смесь метилметакрилата с (мет)акриловой кислотой или их эфирами, а в качестве светопоглощающей добавки используют продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и удельным объемом пор 0,40-0,50 см/см³ в количестве 0,001-0,01 мас.ч. на 100 мас.ч. мономера. Добавку смешивают с предварительно полученным форполимером, воздействуют на полученную смесь ультразвуком и затем полимеризуют ее в плоскопараллельной форме до полной конверсии. Изобретение позволяет улучшить оптические характеристики листового стекла за счет более равномерного светопропускания стекла в видимой части спектра. 1 табл.

 

Изобретение относится к области получения листового органического стекла (со)полимеризацией в массе эфиров (мет)акриловой кислоты, применяемого для изготовления нейтральных светофильтров, которые используются в приборостроении (изготовление мониторов), средствах индивидуальной защиты (остекление защитных шлемов пилотов) и в остеклении спортивных самолетов.

Органические стекла для нейтральных светофильтров должны поглощать ультрафиолетовое излучение в области длин волн 220-340 нм (пропускание 0%) и в видимой области спектра (400-750 нм) иметь светопропускание в диапазоне 10-80% в зависимости от его назначения. Для идеальных нейтральных светофильтров органические стекла должны также иметь по возможности одинаковый коэффициент пропускания во всем диапазоне видимой части спектра, так как зависимость коэффициента пропускания от длины волны в видимой части спектра снижает видимость в условиях слабого освещения, ухудшает дальность распознавания объектов при использовании таких светофильтров в качестве, например, остекления кабин спортивных самолетов.

Известен способ получения органического стекла для светофильтров, в котором растворяют краситель жирорастворимый чистый голубой антрахиноновый в количестве 0,008-0,025 мас.ч. на 100 мас.ч. метилметакрилата (ММА) или зеленый антрахиноновый 2Ж в количестве 0,0085-0,095 мас.ч. в ММА, по окончании растворения вводят инициатор, азодинитроизомасляную кислоту, и добавки: УФ-абсорбер (фенилсалицилат) и стеариновую кислоту, далее проводят форполимеризацию смеси до 3-4% (время истечения 3-8 с) и далее полимеризуют в плоскопаралелльной форме толщиной 2-6 мм. Получают светофильтр голубого или зеленого цвета, применяемый в медицине для защитных очков. (Разовый технологический регламент №2-90 на получение органического стекла и полимерных материалов, ГУП "НИИ полимеров", 1990 г). Основным недостатком этого светофильтра является определенная зависимость коэффициента пропускания от длины волны в видимой области спектра, что не позволяет рассматривать их как идеально-нейтральные светофильтры, так это оргстекло имеет коэффициент интегрального светопропускания (К) 55%, при этом, при длине волны λ=400 нм, пропускание равно 40%, а при λ=750 нм 62%,т.е. ΔК=22%.

Известен также способ получения светофильтра для защиты зрения путем предварительного растворения 0,0061-0,0063 мас.ч. пасты суховальцованной на основе хлорированного поливинилхлорида (ПВХ) и технического углерода в 100 мас.ч. ММА в течение 60 мин при температуре 30-35°С, последующего смешения полученного раствора с 0,00006-0,00008 мас.ч. красителя жирорастворимого чисто-голубого антрахинонового, 0,2-0,5 мас.ч. фенилсалицилата и азодинитрилом изомаслянной кислоты. Все перемешивают в течение 40 мин при 35-40°С, затем при температуре 65 - 70 °С проводят форполимеризацию смеси до конверсии 3-4%. Полученный форполимер заливают в форму из двух плоскопараллельных полированных силикатных стекол 500х500 мм с прокладкой их поливинилхлоридной трубки. Получают оргстекло толщиной 2,5-3,5 мм (патент РФ №2015140, C 08 F 120/14, опубл. 30.06.94 г). Коэффициент пропускания стекла изменяется от 48-68% при длине волны 400 мм, до 64-72% при 700 мм, т.е. ΔК равно 14-16%. Таким образом, вышеописанные нейтральные светофильтры не обладают равномерным светопропусканием в видимой части спектра, что ограничивает области их использования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение оптических характеристик листового органического стекла для нейтральных светофильтров за счет достижения более равномерного светопропускания стекла в видимой части спектра.

Для достижения указанного технического результата в способе получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров путем (со)полимеризации в массе эфиров метакриловой кислоты в присутствии инициатора радикальной полимеризации, УФ-абсорбера и светопоглощающей добавки, включающем форполимеризацию мономера и последующую деполимеризацию смеси в плоскопараллельной форме, предлагается в качестве эфира метакриловой кислоты использовать метилметакрилат или смесь метилметакрилата с (мет)акриловой кислотой или ее эфирами, а в качестве светопоглощающей добавки использовать продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и удельным объемом пор 0,40-0,50 см³/г в количестве 0,001-0,01 на 100 мас.ч. мономера, которую смешивают с предварительно полученным форполимером, воздействовать на полученную смесь ультразвуком и затем полимеризовать ее в плоскопараллельной форме до полной конверсии.

Светопоглощающая добавка - продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и удельным объемом пор 0,40-0,50 см³/г получена на Научно-производственном частном унитарном предприятии "Технологии химической физики", г. Минск, по Технологическому регламенту № 1.05-03 на получение углеродной композиции для использования в качестве наполнителя при получении органического стекла.

Вышеуказанный продукт состоит из аморфного углерода (не менее 50%), углеродных нановолокон диаметром 100-200 нм, длиной 1-1,5 мкм и многостенных углеродных нанотрубок диаметром 20-40 нм, длиной 1-10 мкм.

В качестве эфиров метакриловой кислоты используют метилметакрилат (ММА) или смесь ММА с (мет)акриловой кислотой, с бутилакрилатом, с диметакрилатом этиленгликоля, с циклогексилметакрилатом, с фенилметакрилатом, с изоборнилметакрилатом и т.д.

В качестве инициатора радикальной полимеризации в предлагаемом способе можно использовать азо-бис-(изобутиронитрил), дициклогексилпероксидикарбонат, перекись бензоила, перекись лаурила и др.

В качестве УФ-абсорбера можно использовать фенилсалицилат, Тинувин П и другие.

Ниже приведены конкретные примеры реализации заявленного способа получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров.

ПРИМЕР 1

0,01 мас.ч. продукта разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и удельным объемом пор 0,40-0,50 см³/г смешивается со 100 мас.ч. форполимера метилметакрилата. Форполимер приготовляется следующим образом: метилметакрилат (ММА) в присутствии 0,03 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила)(АДН) полимеризуется на водяной бане при температуре 70-80°С и перемешивании до вязкости 85 сСт (конверсия 3-5%).

Смесь подвергается воздействию ультразвука частотой 44 кГц на приборе УЗДН-2Т в течение 25 минут. После этого в смесь добавляется 0,05 мас.ч. Тинувина П (УФ-адсорбер) и 0,06 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила), смесь заливается в форму из силикатных стекол и прокладочной трубки и полимеризуется в воздушном шкафу по следующему режиму:

1-я стадия: 45°С - 6 часов;

2-я стадия:

60°С - 0,5 часа;

80°С - 0,5 часа;

100°С - 0,5 часа;

120°С - 1,0 час.

Полученное органическое стекло размером (3х120х120) мм имеет равномерную серую окраску. Коэффициенты пропускания стекла при 400-750 нм определяли на спектрофотометре СФ-18, при 220-340 нм - на спектрофотометре СФ-26. Интегральный коэффициент пропускания определяли согласно ГОСТ 15875-80. Полученные данные приведены в таблице.

ПРИМЕРЫ 2-10

Способ получения органического стекла и методы его испытаний - по примеру 1. Количество светопоглощающей добавки, состав мономерной смеси и оптические свойства органического стекла приведены в таблице.

ПРИМЕР 11

0,004 мас.ч. светопоглощающей добавки (углеродной композиции) смешивается со 85 мас.ч. форполимера ММА. Форполимер приготовляется следующим образом: метилметакрилат в присутствии 0,03 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила) (АДН) полимеризуется на водяной бане при температуре 70-80°С и перемешивании до вязкости 85 сСт (конверсия 3-5%). Смесь подвергается воздействию ультразвука частотой 44 кГц на приборе УЗДН-2Т в течение 25 минут. После этого в смесь добавляется 0,05 мас.ч. Тинувина П (УФ-адсорбер) и 0,02 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила) и 15 мас.ч. метакриловой кислоты (МАК), смесь заливается в форму из силикатных стекол и полимеризуется в воздушном шкафу по следующему режиму:

1-я стадия: 45°С - 6 часов;

2-я стадия:

60°С - 0,5 часа;

80°С - 0,5 часа;

100°С - 0,5 часа;

120°С - 1,0 час.

Полученное органическое стекло размером (3х120х120) мм имеет равномерную серую окраску. Методы испытаний стекла - по примеру 1. Свойства приведены в таблице.

ПРИМЕР 12

0,002 мас.ч. светопоглощающей добавки (углеродной композиции) смешивается с 95 мас.ч. форполимера ММА. Форполимер приготовляется следующим образом: метилметакрилат в присутствии 0,03 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила) (АДН) полимеризуется на водяной бане при температуре 70-80°С и перемешивании до вязкости 85 сСт (конверсия 3-5%). Смесь подвергается воздействию ультразвука частотой 44 кГц на приборе УЗДН-2Т в течение 25 минут. После этого в смесь добавляется 0,05 мас.ч. Тинувина П (УФ-абсорбер) и 0,06 мас.ч. азо-бис-(изобутиронитрила) и 5 мас.ч. диметакрилата этиленгликоля (ДМЭГ), смесь заливается в форму из силикатных стекол и полимеризуется в воздушном шкафу по следующему режиму:

1-я стадия: 45°С - 6 часов;

2-я стадия:

60°С - 0,5 часа;

80°С - 0,5 часа;

100°С - 0,5 часа;

120°С - 0,5 часа;

135°С - 1,0 час.

Полученное органическое стекло размером (3х120х120) мм имеет равномерную серую окраску. Методы испытаний стекла - по примеру 1. Свойства приведены в таблице.

ПРИМЕР 13 (по прототипу)

ПРИМЕРЫ 14-15

Способ получения стекла и методы его испытаний - по примеру 1. Количество светопоглощающей добавки и оптические свойства органического стекла приведены в таблице.

Предлагаемый авторами способ получения листового органического стекла, в котором в качестве светопоглощающей добавки используют продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью от 0,65 до 0,85 г/см³ с удельным объемом пор от 0,40 до 0,50 см³/г в количестве 0,01-0,001 мас.ч. на 100 мас.ч. мономера, который смешивают с предварительно полученным форполимером, подвергают полученную смесь воздействию ультразвуком и затем полимеризуют ее до полной конверсии, позволяет получить светостойкое листовое органическое стекло для идеального нейтрального светофильтра, имеющее более равномерное в сравнении с прототипом светопропускание в видимой части спектра (2-7% против 14-16% по прототипу) и полное поглощение ультрафиолетового излучения (0%-пропускание при 220-340 нм). И это приводит к значительному повышению оптических характеристик стекла, поскольку улучшает видимость в условиях слабого освещения и дальность распознавания объектов.

Использование продукта разложения метана в количестве, меньшем заявляемого, не придает стеклу светофильтрующих свойств (см. пример №14), а в большем снижает светопропускание стекла в видимой части спектра до 4-7% (см. пример №15), что делает невозможным его использование в качестве светофильтра из-за слабой видимости.

В отличие от прототипа продукт разложения метана вводят не в мономер, а в предварительно полученный форполимер для того, чтобы добиться более равномерного распределения, что связано с меньшей скоростью осаждения продукта в вязкой среде.

Воздействие ультразвуком на смесь форполимера и продукта разложения метана необходимо для разрушения крупных частиц светопоглощающей добавки, что также обеспечивает равномерность распределения.

Предлагаемый способ получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров имеет отличительные от прототипа признаки, приведенные выше. Это позволяет сделать вывод о соответствии такому условию патентоспособности, как "новизна".

При исследовании уровня техники выявлено, что продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и объемом пор 0,40-0,50 см³/г в качестве светопоглощающей добавки при получении органического стекла используется впервые, и, следовательно, влияние этой добавки в сочетании с другими признаками заявляемого способа на равномерность светопропускания в видимой части спектра не следует явным образом из уровня техники. Это говорит о соответствии заявляемого способа изобретательскому уровню.

Способ получения листового органического стекла для нейтральных светофильтров путем (со)полимеризации в массе эфиров метакриловой кислоты в присутствии УФ-абсорбера, инициатора радикальной полимеризации и светопоглощающей добавки, включающую форполимеризацию мономера и последующую дополимеризацию смеси в плоскопараллельной форме, отличающийся тем, что в качестве эфиров метакриловой кислоты используют метилметакрилат или смесь метилметакрилата с (мет)акриловой кислотой или их эфирами, а в качестве светопоглощающей добавки используют продукт разложения метана в плазме высоковольтного разряда атмосферного давления с насыпной плотностью 0,65-0,85 г/см³ и удельным объемом пор 0,40-0,50 см/см³ в количестве 0,001-0,01 мас.ч. на 100 мас.ч. мономера, которую смешивают с предварительно полученным форполимером, воздействуют на полученную смесь ультразвуком и затем полимеризуют ее в плоскопараллельной форме до полной конверсии.