СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОПОЛИМЕРИЗУЮЩЕЙСЯ КОМПОЗИЦИИ
METHOD FOR PRODUCING PHOTOPOLYMERIZABLE COMPOSITION

Изобретение относится к промышленности пластмасс, в частности к способу изготовления полимер-мономерной композиции, которая может использоваться для получения неокрашенных оптически прозрачных материалов с пониженной горючестью и высокой адгезией к силикатным стеклам.
Известен способ получения раствора модифицированной ангидридом целлюлозы в ионных жидкостях, заключающийся во взаимодействии целлюлозы и ангидрида в среде ионной жидкости под действием микроволнового излучения [Пат. CN 104045839, МПК C08B 3/06, C08B 3/12, C08J 3/03, C08L 1/10, C08L 1/12, D01F 2/02].
Однако этот способ не позволяет получать растворы полимеров в мономерах, а также приводит к химическому взаимодействию компонентов.
Известен способ растворения древесины, соломы и других природных лигноцеллюлозных материалов в ионной жидкости под действием микроволнового излучения, позволяющий также выделять из образующегося раствора лигнин, целлюлозу и другие экстрактивные вещества [Пат. US 2008023162, МПК C08H 8/00, C08J 3/09, C08J 3/28, C08L 97/02, D21C 3/20].
Недостатком данного метода является его применение только к природным лигноцеллюлозным материалам, что не позволяет использовать его для растворения полимеров в мономерах. Кроме этого, разделение высокомолекулярного составляющего на более низкомолекулярные является абсолютно неприемлемым при получении полимер-мономерных растворов ввиду того, что полученные после их полимеризации материалы не будут обладать необходимыми свойствами.
Известны способы приготовления резиновых смесей на основе этилен-пропиленового [Пат. RU 2574276 С1, МПК C08C 4/00, C08L 23/16, C08J 3/28, C08K 3/36, C08K 4/43; Пат. RU 2574275 С1, МПК C08C 4/00, C08L 11/00, C08J3/28] или хлоропренового [Пат. RU 2577283 С1, МПК C08J 3/20, C08L 11/00, C08K 3/04, C08K 3/22, C08K 5/09; Пат. RU 2563017 C1, МПК C08J 3/28; Пат. RU 2563018 С1, МПК C08J 3/18] каучуков, заключающиеся в предварительной обработке микроволновым излучением каучуков или их смесей с прочими ингредиентами. СВЧ-воздействие модифицирует макромолекулы каучуков, улучшая распределение низкомолекулярных компонентов в полимерной матрице.
Однако данные способы являются модификацией каучуков или их смесей и не позволяют получать жидкие растворы термопластичного полимера в мономере.
Наиболее близким является способ получения фотополимеризующейся композиции, содержащей в качестве термопластичного полимера поливинилбутираль, в качестве растворителя - гидроксиалкил(мет)акрилат, в качестве диметакрилового соединения - фосфорхлорсодержащий диметакрилат, а в качестве фотоинициатора - 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-1-пропанон [Пат. RU 2551660 С1, МПК C08F 2/48, C08F 220/26, C08L 29/14, C08L 33/14, C08L 43/02], заключающийся в получении раствора диметакрилата в растворителе с последующими порционным введением поливинилбутираля, перемешиванием, добавлением фотоинициатора и конечной фотополимеризацией.
Однако экспериментально было установлено, что время растворения полимера в растворе диметакрилат-растворитель при 20°С составляет около 36 часов. Термостатирование смесей при 60°С сокращает время процесса растворения до 18 часов, однако может привести к преждевременной полимеризации. Все это является существенным недостатком данного способа.
Задачей изобретения является разработка технологичного способа, позволяющего существенно интенсифицировать растворение термопластичного полимера в мономерах без потери полимеризационных свойств образующихся композиций.
Технический результат заключается в ускорении способа получения фотополимеризующейся композиции при сохранении ее свойств.
Технический результат достигается, в способе получения фотополимеризующейся композиции, включающем смешение фосфорхлорсодержащего диметакрилата, растворителя гидроксиалкил(мет)акрилата, термопластичного полимера - поливинилбутираля, гомогенизацию полученной смеси и введение в нее перед отверждением фотоинициатора 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-1-пропанона, при этом смесь готовят последовательным смешением фосфорхлорсодержащего диметакрилата с поливинилбутиралем и последующим введением растворителя, а гомогенизация композиции ведется под действием СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц.
Способ получения фотополимеризующейся композиции характеризуется тем, что гомогенизацию под действием СВЧ-излучения проводят после введения фотоинициатора.
Способ получения фотополимеризующейся композиции характеризуется тем, что гомогенизацию под действием СВЧ-излучения проводят до введения фотоинициатора.
Сущностью изобретения является совмещение фосфорсодержащего диметакрилового соединения с термопластичным полимером, механическое перемешивание их до однородной массы, к которой добавляется растворитель, дополнительно механически перемешивается и подвергается воздействию микроволнового излучения. Микроволновое воздействие с частотой волн 2,45 ГГц осуществляют в течение 20-60 с.
Микроволновое воздействие приводит к увеличению амплитуды собственных колебаний молекул, что приводит к преодолению сил внутримолекулярного взаимодействия полимерного составляющего. Кратковременный, крайне быстрый («стрессовый») разогрев гомогенизуемой смеси в поле СВЧ-излучения (примерно до температуры 90°С), приводит к уменьшению вязкости раствора и облегчению массообмена, не приводя к какому-либо химическому взаимодействию, например, преждевременной полимеризации мономеров. В результате скорость набухания и растворения полимера в мономерах значительно увеличивается.
При этом прямой нагрев гомогенизуемой смеси (посредством ее прогревания в термошкафу) до той же температуры не обеспечивает достижения данного результата и приводит к частичной преждевременной полимеризации мономеров.
Последовательность смешения ингредиентов композиции при смешении фосфорхлорсодержащего диметакрилата с поливинилбутиралем и последующим введением растворителя позволяет избежать быстрого набухания поверхности полимера и последующего его слипания друг с другом, то есть не происходит комкования композиции, что также способствует более эффективной ее гомогенизации.
Фотоинициатор может вводиться в композицию как до воздействия СВЧ-излучением так и после него. При введении фотоинициатора до воздействия СВЧ-излучением, композиция нуждается в скором использовании. Если фотоинициатор не вводится в композицию до воздействия СВЧ-излучения, ее можно будет хранить в течение длительного времени без риска возникновения несвоевременной полимеризации.
Уменьшение времени микроволнового воздействия менее 20 с не достаточно для растворения полимера, что подтверждается заметным наличием в растворе набухшего полимера в виде гелевых сгустков, увеличение времени воздействия свыше 60 с приводит к необратимым процессам частичной деструкции компонентов композиции. Высоковязкие композиции нуждаются в более длительном облучении, чем низковязкие, что объясняется увеличением сопротивления массообмена при увеличении вязкости раствора.
В качестве поливинилбутираля может использоваться продукт различных промышленных марок и сортов. Эти полимеры, как правило, содержат 68-88% винилбутиральных, 11-27% винилспиртовых и 1-4% винилацетатных звеньев при средней молекулярной массе 40000-100000. Изменение данных характеристик поливинилбутираля в указанных пределах не оказывает влияния на достигаемый технический результат предлагаемого изобретения.
Растворитель, например 2-гидроксиэтилметакрилат, 2-гидроксиэтилакрилат, 2-гидроксипропилметакрилат или 2-гидроксипропилакрилат, может быть использован в виде обычного технического продукта с добавкой ингибитора преждевременной термополимеризации и содержанием основного вещества 97-99% мас. Для них характерны высокие температуры кипения при нормальном атмосферном давлении (205-250°С) и малая летучесть.
В качестве фосфорхлорсодержащего диметакрилата используют бесцветные прозрачные полимеризационно-способные соединения, например, ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-хлорметилфосфонат, ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-метилфосфонат, ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-феноксифосфат, синтезируемые, в соответствии с патентом RU 2284330 (МПК C07F 9/09, 9/40, опубл. 2006 г.) или патентом RU 2447079 (МПК C07F 9/09, 9/40, опубл. 2012 г.).
Способ осуществляется следующим образом. К диметакриловому соединению добавляется поливинилбутираль, смесь механически перемешивается. Далее в полученный состав вводится растворитель и также механически перемешивается. Полученная непрозрачная гетерофазная композиция белого цвета подвергается воздействию СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц в течение 20-60 с, что приводит к образованию полностью прозрачного гомогенного полимер-мономерного раствора. Фотоинициатор может вводиться в композицию как до облучения, так и после него.
Сравнительные свойства композиции, полученной по заявленному способу и прототипу, представлены в таблице.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что предлагаемый способ получения фотополимеризующейся композиции в отличие от прототипа позволяет существенно ускорить ее получение, что является основным техническим результатом предлагаемого изобретения, и сохранить при этом свойства полученной композиции.
Пример 1
К 30 мас. ч. фосфорхлорсодержащего диметакрилата - ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-хлорметилфосфоната добавляются 10 мас. ч. поливинилбутираля и механически перемешивают до равномерного распределения. Далее в полученный состав вводят 58 мас. ч. 2-гидроксиэтилметакрилата и также механически перемешивают. В полученный гетерофазный раствор добавляют 2 мас. ч. фотоинициатора - 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-1-пропанона к подвергают его воздействию СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц в течение 20 с. В результате образуется гомогенная фотополимеризующаяся композиция.
Пример 2
Выполняется аналогично примеру 1 с использованием 52 мас. ч., ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-метилфосфоната, 5 мас. ч. поливинилбутираля и 41,5 мас. ч. 2-гидроксипропилакрилата. Данная композиция подвергается воздействию СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц в течение 30 с. Фотоинициатор (1,5 мас. ч.) вводится непосредственно перед использованием композиции.
Пример 3
Выполняется аналогично примеру 1 с использованием 79 мас. ч. ди-(1-метакрилокси-3-хлорпропокси-2)-феноксифосфата, 10 мас. ч. поливинилбутираля и 10 мас. ч. 2-гидроксиэтилакрилата. Данная композиция подвергается воздействию СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц в течение 60 с. Фотоинициатор (1 мас. ч.) вводится непосредственно перед использованием композиции.
Таким образом, способ получения фотополимеризующейся композиции, при котором смешивают фосфорхлорсодержащий диметакрилат с поливинилбутиралем и затем вводят растворитель, а гомогенизацию композиции ведут под действием СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц до или после введения в нее фотоинициатора, является технологичным и позволяет ускорить процесс получения фотополимеризующейся композиции при сохранении ее свойств.