Способ получения полимерных стекол

Способ получения полимерных стекол

Реферат

 

Изобретение относится к области технологии материалов и оптических элементов для лазерной техники и может быть использовано при изготовлении оптических полимерных стекол и оптических элементов.

Техническая задача - разработка способа получения оптических стекол, включающих нелетучие и высококипящие компоненты (красители, пластификаторы) и обладающих повышенной лучевой прочностью.

Сущность изобретения заключается в том, что исходная смесь, в состав которой наряду с мономером могут входить нелетучие и/или высококипящие добавки, полимеризуется в поле действия центробежных сил при ускорении 100-10000 g (500-7000 об/мин) при ступенчатом увеличении температуры от 0-25°С до 50-75°С с выдерживанием на каждой ступени в течение 1-5 ч и окончательно полимеризуется вне поля действия центробежных сил при 80±5°С в течение 5-10 ч. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области технологии материалов и оптических элементов для лазерной техники и может быть использовано при изготовлении оптических полимерных стекол и оптических элементов (пассивных лазерных затворов ПЛЗ, генерирующих активных сред и т.д.).

Известно [ЖЭТФ, 6, №5, 1948, 1971; j. Appl. Phys., 40, №10, 3954, 1969 г.], что полученные обычными способами (радикальная полимеризация, поликонденсация) без дополнительной обработки полимерные материалы, например полиметилметакрилат (ПММА), полистирол, сополимеры метилметакрилата (ММА) с бутилметакрилатом, поликарбонаты, обладают невысокой лучевой прочностью и разрушаются уже при однократных (5) импульсных воздействиях лазерного излучения при плотности мощности импульса J, равной 10⁸ Вт/см².

Известен способ получения полимерных материалов с повышенной лучевой прочностью, заключающийся в предварительной дистилляции летучего мономера в вакуумированной системе в течение 13-18 циклов и последующей блочной радикальной полимеризации [Квантовая электроника, 3, №5, 1136, 1976]. При этом лучевая прочность полимера (в частности, ПММА) повышается в несколько раз по сравнению с получаемым по обычной методике.

Однако приведенный способ исключает возможность получения полимерных стекол, содержащих высококипящие или нелетучие компоненты (например, пластификаторы, красители) и не приводит к значительному повышению лучевой прочности полимерных материалов.

Целью настоящего изобретения является разработка способа получения оптических стекол, включающих нелетучие и высококипящие компоненты (красители, пластификаторы) и обладающих повышенной, по сравнению с прототипом, лучевой прочностью.

Эта цель достигается путем полимеризации исходной смеси, в состав которой наряду с мономером могут входить нелетучие и (или) высококипящие добавки, в поле действия центробежных сил при ускорении 100-10000 g и (500-7000 об/мин) при ступенчатом увеличении температуры от 0-25°С до 50-75°С с выдерживанием на каждой ступени в течение 1-5 час и окончательной полимеризации вне поля действия центробежных сил при 80-5°С в течение 5-10 час.

Для лучшего понимания изобретения приводятся следующие примеры.

Пример 1. Мономер, например ММА, в количестве 20 мл с инициатором - динитрилом азоизомасляной кислоты (ДАК) в количестве 0,02 г заливается в стеклянную ампулу, обескислороживается. Ампулу запаивают и помещают в центрифугу. Проводят центрифугирование при 25°С в течение 2 часов со скоростью вращения 3000 об/мин (1800 g). Затем, не останавливая центрифугу, поднимают температуру до 50°С и центрифугируют еще 2 часа при этой температуре. Ампулу вынимают и окончательную полимеризацию проводят вне центрифуги при температуре 80°С в течение 8 час. Ампулу вскрывают, полимер разрезают на части, шлифует, полируют.

Данные о лучевой прочности полученного полимера приведены в таблице.

Примеры 2-9 сведены в таблицу. Способ получения полимерных стекол, содержащих нелетучие и (или) высококипящие компоненты, аналогичен приведенному в примере 1; конкретные режимы получения полимерных стекол по каждому примеру приведены в таблице.

ПримерПолимерный материал Условия получения Лучевая прочность    К-во импульсов излучения до разрушения полимера при J=10⁸ Вт/см²Порог разрушения, Вт/см²1 ПММА (прототип)15 циклов вакуумной дистиляции и последующая блочная полимеризация 10010·10 ⁸2ПММА См. выше (пример 1)120 15·10⁸ 3ПММА 80 об.%, пластификатор - триацетин (ТАЦ) 20 об.%Аналогично примеру 11000015·10 ⁸4 -"-а) Т=25°С - 2 час, 3000 об/мин (1800 g)б) Т=75°С - 1 час, 3000 об/мин в) Т=80°С - 8 час10000 13·10⁸ 5-"-а) Т=0°С - 1 час,3000 об/мин (1800 g)б) Т=50°С - 2 час, 3000 об/минв) Т=85°С - 5 час 800016·10⁸ 6-"- а) Т=25°С - 5 час,500 об/мин (100 g)б) Т=50°С - 5 час,500 об/мин в) Т=75°С - 10 час5000 12·10⁸ 7-"-а) Т=25°С - 1 час,7000 об/мин (10000 g)б) Т=50°С - 2 час,7000 об/минв) 80°С - 8 час 1000018·10 ⁸8 ПММА + тетра (трет-Bu) фталоцианин VO (10^-5 моль/л)Аналог. примеру 1 11012·10⁸ 9ПММА 80 об.%, ТАЦ 20 об.%, тетра (трет-Bu) фталоцианин VO (10 ^-5 моль/л)Аналог. примеру 1 1000013·10⁸

Как видно из приведенных примеров (см. таблицу), предлагаемый способ получения полимерных стекол позволяет получать полимерные материалы, включающие высококипящие (например, триацетин) и нелетучие (красители, например тетра(трет-Bu) фталоцианин VO), а также гомополимеры, с высокой лучевой прочностью при многократном и однократном (порог разрушения) воздействии импульсов излучения лазера.

Формула изобретения

Способ получения полимерных стекол блочной радикальной полимеризацией акриловых мономеров, отличающийся тем, что, с целью увеличения лучевой прочности стекол, полимеризацию проводят в поле действия центробежных сил при ускорении 100-10000 g при ступенчатом увеличении температуры от 0-25 до 50-75°С с выдерживанием на каждой стадии в течение 1-5 ч и окончательную полимеризацию проводят вне поля действия центробежных сил при 75-85°С в течение 5-10 ч.