АНТИАДГЕЗИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗИЩИТЫ СИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ
ANTIADHESION COMPOSITION FOR PROTECTING SILICATE GLASS

Изобретение может быть использовано в качестве защитного покрытия силикатных стекол кожухов телекамер.
Известно, что работа телекамер в районах выпадения кремнеземсодержащего водного конденсата, например, в районах геотермальных электростанций, сопряжена с сбросом в атмосферу отработанного пара таких электростанций, в результате чего в воздух прилегающей к телекамерам зоны попадает водный конденсат, содержащий гидраты оксида кремния, борную кислоту, а также ряд неорганических солей. При выпадении капелек этого конденсата на кожух телекамеры происходит постепенное накапливание на защитных (силикатных) стеклах непрозрачного осадка, ухудшающего оптические свойства телекамеры, а со временем делающего невозможным ее работу. Более того, кремнийсодержащий осадок очень близок по своей химической природе к силикатному стеклу и чрезвычайно прочно удерживается на нем, крайне затрудняя или делая полностью невозможным очистку стекла механическим способом без повреждения оптической поверхности. В химическом отношении осадок представляет собой смесь гидратов оксида кремния с различными соотношениями оксида кремния и воды. Гидраты оксида кремния представляют собой инертные в химическом отношении вещества, практически не взаимодействующие с известными реагентами, за исключением концентрированных спиртовых и водных растворов щелочей, расплавов щелочей и плавиковой кислоты. Однако практическое использование перечисленных реагентов для очистки стекол телекамер невозможно как из-за требований санитарной безопасности (возможные ожоги кожи, слизистой оболочки глаз или органов дыхания, разрушение роговицы глаз), так и их разрушительного действия на стекло.
С учетом вышесказанного, очевидно, что наиболее приемлемым способом обеспечения качественной работы телекамер в районах выпадения кремнеземсодержащего водного конденсата является нанесение на стекла защитных кожухов соответствующих антиадгезионных химических композиций. Авторам заявленного изобретения известен целый ряд оптически прозрачных полимерных материалов, формально способных выступить в качестве подобных композиций. В числе таких материалов могут быть упомянуты полистирол, полиметилметакрилат, поливинилбутираль, поликарбонат, различные фторопласты, поливинилденфторид и некоторые другие (см., в частности Химическая энциклопедия. - М., 1988-1995; Химический энциклопедический словарь. - М., 1983; Тагер А.А. Физикохимия полимеров. - М., 1978 и др.). Однако, обладая достаточной прозрачностью и гидрофобностью, перечисленные материалы имеют целый ряд существенных недостатков, в числе которых могут быть упомянуты недостаточная адгезия и обусловленное этим отслаивание покрытия под действием воды, либо трудности с удалением осадка гидратов оксида кремния с их поверхности.
Задачей, решаемая созданием предлагаемой композиции, явилось создание наносимого на стекло защитных кожухов телекамер покрытия, обеспечивающего долговременную качественную работу телекамер в районе выпадения кремнесодержащего водного конденсата, а также возможность восстановления работоспособности камеры посредством простой протирки стекла увлажненной или сухой безворсовой тканью. Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, заключается в создании композиции, позволяющей получить покрытие с низкой поверхностной энергией, необходимой для снижения адгезии осадка гидратов оксида кремния, обеспечивающей достаточную адгезию покрытия к силикатному стеклу, получении покрытия с достаточной твердостью, механической прочностью и прозрачностью в видимой части спектра.
Для достижения поставленного результата предлагается антиадгезионная композиция для защиты силикатных стекол, содержащая растворитель и сополимер на основе мономеров: винилиденфторида (1,1-дифторэтилена), триэтоксисилилаллила (3-триэтоксисилилпропена-1) и трифторхлорэтилена (1,1,2-трифтор-2-хлорэтена) с молярными долями мономеров, соответственно, от 0,2 до 0,3, от 0,05 до 0,15 и от 0,55 до 0,75.
Изобретение иллюстрируется общим видом лабораторной установки для синтеза сополимера покрытия (фиг.1), а также схемой процессов образования адгезионной связи между полимерной составляющей покрытия и стеклянной подложкой (фиг.2).
Как было показано выше, основными недостатками известных композиций являются либо их отслаивание под действием воды, либо трудности в удалении осадка гидратов оксида кремния с их поверхности. Очевидно также, что прекрасное решение первой из этих проблем - применение некоторых кремнийорганических полимеров, а второй - фторопластов. Сочетание свойств этих двух полимеров в заявленной химической структуре, своеобразная «дифильность» макромолекул, обеспечило получение необходимых свойств заявленной композиции. Отметим, что наряду с сохранением прочных химических связей между разнородными частями макромолекул, силоксановые фрагменты обладают достаточной подвижностью, необходимой для их диффузии к поверхности стекла и образованию с ней прочных связей. Фторированные фрагменты в свою очередь обладают достаточной гибкостью и способностью концентрироваться в областях, близких к наружной поверхности покрытия, что очень важно для снижения сродства последнего к осадку гидратов оксида кремния. Возможная проблема достижения достаточной прозрачности всей композиции, которая может нарушиться из-за химической разнородности упомянутых компонентов, решена подбором количественных соотношений между основной фторсодержащей массой полимера и его кремнийсодержащими фрагментами. При подавляющем избытке фторопласта оптические проявления микрогетерогенности практически незаметны.
2
5
3
Заявленная композиция фторкремнийсодержащего сополимера была синтезирована на лабораторной установке для синтеза сополимеров, включавшей трехгорлую сферическую колбу 1 с реакционной смесью, подачу непрерывного тока инертного газа 2, ртутный термометр 3, механическую мешалку 4, дозирование растворов реагентов с помощью делительной воронки 5 и баню 6 со смесью льда и CaCl либо силиконовым маслом (для следующей стадии синтеза). Полимеризацию смеси мономеров осуществляли в среде органического растворителя в присутствии Red-ox-инициатора. Полученный полимер выделяли из реакционного раствора высаждением в изопропиловый спирт или в серный эфир с последующей 3-кратной промывкой стабилизированным эфиром и сушкой при температуре от 20 до 35°С. Важно отметить, что группа [Si(ОСН)] (триэтоксисилановая группа) легко гидролизуется как в процессе нанесения покрытия под действием влаги воздуха, так и водой, содержащейся в адсорбированном состоянии на поверхности стекла. В результате гидролиза образуются силанольные группы Si-OH, которые способны мигрировать к поверхности стекла за счет гибкости основной полимерной и боковой цепей за счет теплового движения. Процесс миграции существенно облегчается присутствием в отверждаемом полимере остаточного растворителя, особенно на начальной стадии формирования покрытия. Силанольныые группы взаимодействуют с аналогичными группами на поверхности силикатного стекла с образованием исключительно прочных, водостойких силоксановых связей Si - О - Si, которые и призваны обеспечить адгезию и водостойкость покрытия.
Процессы, происходящие при формировании покрытия на основе заявленной композиции, проиллюстрированы схемами на фиг.2, на которых заштрихованной областью условно показана стеклянная подложка покрытия, не заштрихованной - раствор полимера А) в начале процесса формирования покрытия и Б) - на завершающей стадии процесса формирования, соответственно. Процесс А) характеризуется хаотическим расположением макромолекулы полимера в растворе в начальный момент формирования покрытия. Б) - преимущественной ориентацией макромолекул полимера вдоль поверхности подложки за счет миграции к ней кремнийсодержащих фрагментов и образования силоксановых связей между полимером и стеклом. На схемах также условно показаны следующие участки макромолекулы:
- фторсодержащий участок макромолекулы полимера;
- кремнийсодержащая боковая цепь макромолекулы полимера, расположенная перед плоскостью схемы;
- кремнийсодержащая боковая цепь макромолекулы полимера, расположенная за плоскостью схемы.
Из раствора полученного сополимера были изготовлены защитные покрытия. В качестве растворителя использовали чистый бутилацетат или его смесь с ацетоном в соотношении от 0,9:0,1 до 0,7:0,3 по весу (концентрация сополимера в растворе составляла от 5 до 25 вес.%). Лабораторные исследования этих покрытий полностью подтвердили приведенные выше теоретические положения о связи адгезионных свойств покрытия со структурой и химической природой химически разнородных фрагментов полимера. Была подтверждена высокая адгезия покрытия к силикатному стеклу, выражающаяся в отсутствии отслаивания покрытия и возникновения оптических неоднородности на его поверхности как в комнатных условиях, так и при выдержке стекла с покрытием в условиях 98% влажности, 35°С в течение 30 суток (ускоренные климатические испытания). Покрытие также сохраняло свои свойства при непрерывном выдерживании в воде в течение 80 (восьмидесяти) суток при комнатной температуре (при исключении прямого воздействия воды на место контакта покрытия со стеклом).