ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки.

Изобретение относится к области отверждения полидиметилсилоксановых каучуков ультрафиолетовым светом и может быть использовано для получения защитных термо- и химически стойких покрытий на черных и цветных металлах, их сплавах и других материалах, а также для получения электрической изоляции.

Заявляемое изобретение направлено на реализацию следующих целей: улучшение качества полидиметилсилоксановых покрытий за счет уменьшения деструкции полимера, а также удешевления технологии благодаря уменьшению концентрации инициаторов и увеличению их ассортимента.

Для решения поставленных задач предлагается способ отверждения высокомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука облучением ультрафиолетовым светом в присутствии фотоинициаторов, при этом в качестве фотоинициаторов используют органические карбонилсодержащие соединения ряда ароматических кетонов и хинонов, выбранные из группы производных бензофенола, ксантона, тиоксантона, антрона, антрахинона, в количестве 0,005-0,01 моль на 1 кг каучука и облучение проводят при температуре нагрева 90-110 °С в инертной среде

В процессе фотохимической обработки в данных условиях происходит отверждение силоксанового каучука с образованием эластичного, упругого слоя полимера, обладающего хорошей адгезией к металлу.

Нижняя граница концентрации фотоинициатора обусловлена минимально необходимым его количеством для достижения полимером необходимых физико-механических характеристик при отверждении в данных условиях. При увеличении его концентрации выше верхней границы часть инициатора остается неизрасходованной

Температура 90-110 °С выбрана как наиболее оптимальная для достижения совместимости используемых фотоинициаторов с полимерной матрицей. При более низкой температуре наблюдается выпадение инициатора из полимерной матрицы в виде характерных для каждого соединения кристаллов, сопровождающееся снижением скорости отверждения. Более высокая температура не увеличивает скорости отверждения, приводя к непроизводительному расходу энергии.

Применение инертной среды позволяет подавить фотохимическое окисление полимерной матрицы и, таким образом, исключить повреждение поверхностного слоя полидиметилсилоксанового каучука.

Предложенный механизм инициированного фотоотверждения включает в себя поглощение кванта света карбонилсодержащим фотоинициатором с образованием возбужденной молекулы, отрыв возбужденной молекулой атома водорода метильной группы макромолекулы СКТ с образованием макрорадикала и радикала инициатора (семихинонного типа для хинонов и кетильного - для ароматических кетонов) и последующую рекомбинацию макрорадикалов с образованием сшивки.

-

где 1n- фотоинициатор.

Часть фотоинициатора оказывается привитой к полимерной матрице и в дальнейшем участвует во вторичных фотохимических реакциях, что позволяет уменьшить расход инициатора.

Способ осуществляется следующим образом

Для фотохимического отверждения используют полидиметилсилоксановый каучук СКТ (молекулярная масса 300-700 тыс. у. е.), который находится в вязкотекучем состоянии. К 20 г 15% раствора полидиметилсилоксанового каучука СКТ в толуоле добавляют раствор 3,5 мг 2-этил-антрахинона в 1 мл толуола. Смесь тщательно перемешивают. Концентрация 2-этилантрахинона при этом составляет 0,005 моль на 1 кг каучука. Смесь наносят на стеклянные пластинки в три слоя с сушкой каждого в токе воздуха в течение 1 ч при комнатной температуре. Количество нанесенной смеси составляет 110 мг/см ² на каждый слой полимера. После сушки толщина слоя сухого полимера составляет 0,5 мм (с точностью ±5%). Высушенные пластинки экспонируют полным светом УФ-лампы среднего давления ДРТ-1000 в герметичных термостатированных ячейках, помещенных на расстояние 25 см от лампы и заполненных азотом, очищенным от. примесей кислорода и влаги при температуре 90°С. При этом получают гибкие л пластичные прозрачные покрытия и пленки, обладающие хорошей адгезией к черным и цветным металлам, термостойкостью до 300°С на воздухе и до 350°С в вакууме, стойкие к действию агрессивных сред (разбавленных минеральных и органических кислот, щелочей, концентрированных растворов солей, органических растворителей). Степень отверждения определяют по содержанию сшитого полимера (гель-фракции) методом гель-золь анализа. Для этого облученные образцы, помещенные в бумажные пакеты, экстрагируют кипящим толуолом в течение 10 ч со сменой растворителя каждые два часа. Проэкстрагированные образцы сушат в токе воздуха при комнатной температуре до постоянного веса. Расчет гель-фракции ведут по формуле:

g, % =m₁/m₀, 100 %, гдеm₀- вес образца до экстракции,m₁- вес образца после экстракции.

По результатам четырех параллельных опытов определяют среднюю величину содержания гель-фракции - g_ср.

В таблиц сведены примеры отверждения каучука (величина гель-фракции) с различными фотоинициаторами, их количественным содержанием и температурным режимом.

В качестве инертного газа в примерах 1, 2, 4, 7, 8, 10, 12, 14 используют азот; 5, 9, 11 - аргон; 3, 6, 13 - гелий.

Величина гель-фракции, обеспечивающая получение гибких и эластичных защитных термостойких и изолирующих покрытий на черных и цветных металлах, их сплавах и других материалах, а также электрической изоляции с удовлетворительными физико-механическими характеристиками, должна быть не менее 60 %.

Преимуществами предлагаемого способа являются снижение по сравнению с прототипом количества инициатора в 2-4 раза, отсутствие окислительной деструкции полимера (по данным инфракрасной спектроскопии), а вследствие этого увеличение термостойкости примерно на 50°С. Благодаря расширению ассортимента используемых инициаторов возможно более широкое применение данного способа отверждения полидиметилсилоксановых каучуков. Благодаря малой концентрации и нетоксичности фотоинициаторов и продуктов их фотолиза (большая часть из которых оказывается привитой к полимерной матрице) полученные полимерные покрытия могут применяться в пищевой, фармацевтической промышленностях и медицине.

Экономический эффект достигается тем, что в качестве фотоинициаторов используют органические карбонилсодержащие соединения ряда ароматических кетонов и хинонов, выбранные из группы производных бензофенона, ксантона, тиоксантона, антрона, антрахиона, в количестве 0,005-0,01 моль на 1 кг каучука и облучение проводят при температуре нагрева 90-110°С в инертной среде.

Таблица