Патент на изобретение №2228851

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО СТЕКЛА

(57) Реферат:

Способ изготовления многослойного стекла включает размещение между хотя бы одним первым и хотя бы одним вторым слоями из стекол хотя бы одного третьего слоя на основе полимерной композиции, с последующим отверждением. Согласно изобретению, в качестве первого слоя используют слой, полученный полимеризацией или сополимеризацией метилметакрилата до конверсии 50-98%. В качестве третьего слоя используют совместимый с первым слоем слой на основе мономеров и/или полимеров состава иного, чем состав первого слоя. В качестве первого слоя можно использовать слой, подвергнутый ориентации. При этом ориентацию осуществляют вытяжкой до 40-180% при температуре выше температуры стеклования продукта, подвергаемого вытяжке. В качестве первого слоя можно использовать слой, полученный полимеризацией и/или сополимеризацией метилметакрилата с би- или полифункциональными мономерами, например диаллилизофталатом. В качестве второго слоя можно использовать силикатное или органическое стекло; в качестве третьего слоя можно использовать слой на основе мономеров и/или полимеров (мет)акрилового ряда или на основе поливинилбутираля. Отверждение можно осуществлять при 110-170С, в том числе при прессовании посредством приложения силы, нормальной к первому и третьему слоям. 1 с. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам изготовления стекла, в частности многослойного, содержащего слои на основе высокомолекулярных соединений.

Известен способ изготовления многослойного стекла, включающий размещение между первым и вторым слоями из стекол третьего слоя на основе полимерной композиции (Опубликованная заявка России №95116987, кл. С 03 С 27/12, 1995) с последующим отверждением. В качестве первого и второго слоев используют неорганические стекла, в качестве третьего слоя используют слой на основе композиции, содержащей метилметакрилат, дибутилфталат, добавки. Отверждение производят при 50-60С.

Однако такое стекло имеет ограниченную адгезию между слоями, при экстремальных условиях эксплуатации стекло может разрушаться. Температура эксплуатации стекла, как правило, не превышает 80-100С. Стекло имеет оптические дефекты, появляющиеся за счет отслоений. Ударная прочность такого стекла не позволяет использовать его в ряде областей применения, где требуется высокая прочность.

Была поставлена задача создания такого способа изготовления многослойного стекла, который приводил бы к получению стекла, обладающего повышенной адгезией между слоями, повышенной температурой эксплуатации, уменьшением количества оптических эффектов за счет отсутствия отслоения, повышением оптических показателей за счет снижения количества дефектов, повышенной стойкостью к удару за счет повышения ударной прочности первого слоя.

Эта задача была решена настоящим изобретением.

В способе изготовления многослойного стекла, включающем размещение между хотя бы одним первым и хотя бы одним вторым слоями из стекол хотя бы одного третьего слоя на основе полимерной композиции, с последующим отверждением, согласно изобретению, в качестве первого слоя используют слой, полученный полимеризацией или сополимеризацией метилметакрилата до конверсии 50-98%, а в качестве третьего слоя используют совместимый с первым слоем слой на основе мономеров и/или полимеров состава иного, чем состав первого слоя.

Предпочтительно используют один первый, один второй и один третий слой.

В качестве первого слоя предпочтительно используют слой, подвергнутый ориентации.

При этом ориентацию осуществляют предпочтительно вытяжкой до 40-180% при температуре выше температуры стеклования продукта, подвергаемого вытяжке.

В качестве первого слоя предпочтительно используют слой, полученный полимеризацией и/или сополимеризацией метилметакрилата с би- или полифункциональными мономерами.

При этом в качестве би- или полифункциональных мономеров используют хотя бы один из мономеров, выбранных из группы, включающей диаллиладипинат, аллилметакрилат, триаллилизоцианурат, аллилметакриловый эфир моноэтиленгликоля, аллилметакриловый эфир диэтиленгликоля, аллилметакриловый эфир триэтиленгликоля, диаллилизофталат, диметакриловый эфир моноэтиленгликоля, диметакриловый эфир триэтиленгликоля, предпочтительно диаллилизофталат.

В качестве второго слоя можно использовать силикатное стекло или органическое стекло.

В качестве третьего слоя можно использовать слой на основе мономеров и/или полимеров (мет)акрилового ряда или слой на основе поливинилбутираля.

Отверждение предпочтительно осуществляют при 110-170С.

Отверждение можно осуществлять при прессовании посредством приложения силы, нормальной к первому и третьему слоям.

Способ (в части размещения слоев) осуществляют по обычной методике, принятой для производства многослойного стекла.

В последующей части описания раскрыта связь признаков формулы изобретения с достигаемым в результате осуществления изобретения техническим эффектом.

Использование в качестве первого слоя, полученного полимеризацией или сополимеризацией метилметакрилата до конверсии 50-98%, позволяет добиться повышенной адгезии между слоями и как следствие уменьшить количество оптических дефектов за счет отсутствия отслоения.

Более высокая адгезия следующего слоя к данному слою обеспечивается за счет появления возможности более глубокого проникновения в следующий слой молекул мономеров или полимеров, входящих в состав первого слоя. Такое проникновение достигается из-за более “рыхлой” структуры не полностью заполимеризованного продукта по сравнению с полимером с конверсией, близкой к 100%. Это, в свою очередь, увеличивает прочность соединения между полимерными слоями и приводит к улучшению физико-механических свойств многослойного органического стекла.

Ориентация позволяет наряду с усилением этих эффектов также улучшить физико-механические характеристики и эксплуатационные свойства стекла.

Ориентацию можно осуществлять различными методами, например, посредством вытяжки.

При производстве стекла АО-120 достигается степень вытяжки до 40-80%. Дальнейшее увеличение вытяжки не приводит к улучшению физико-механических характеристик и эксплуатационных свойств. Стекло приобретает хрупкость. Однако если полимеризацию и/или сополимеризацию метилметакрилата осуществлять до конверсии 50-98%, а не до 100%, то оставшаяся часть свободного мономера после его полимеризации, следующей за ориентацией заполимеризованной части мономера, приведет к образованию определенной неориентированной “матрицы”, как бы обволакивающей ориентированную часть продукта, и такая матрица упрочняет ориентированную часть, а вместе с ней и все изделие, уменьшает возможность появления хрупкости. Это позволяет производить ориентацию до более высоких степеней, порядка 120-180%, без ухудшения эксплуатационных характеристик. Это приводит к улучшению ряда свойств конечного продукта, в частности к повышению температуры эксплуатации до 120С и снижению усадки при прогреве выше температуры стеклования.

Если осуществлять сополимеризацию метилметакрилата и би- или полифункциональных мономеров, вышеупомянутая неориентированная “матрица”, как бы обволакивающая ориентированную часть продукта, будет в определенной степени сшитой, что еще более повышает эксплуатационные характеристики конечного продукта, в частности повышает температуру эксплуатации до 160С, и практически полному исчезновению усадки при прогреве выше температуры стеклования.

Возможность осуществления изобретения иллюстрируется следующим примером.

Пример

Исходными продуктами для получения органических стекол служили следующие соединения:

а) мономеры: метилметакрилат (ММА), диаллиладипинат (ДААД), аллилметакрилат (АМА), триаллилизоцианурат (ТАИЦ), аллилметакриловый эфир моноэтиленгликоля (ГАМ), аллилметакриловый эфир диэтиленгликоля (ДГАМ), аллилметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГАМ), диаллилизофталат (ДАИФ), диметакриловый эфир моноэтиленгликоля (ДМЭГ), диметакриловый эфир триэтиленгликоля (ТГМ-3), трет-бутилпероксиметоксиакрилат (Б-3), трет-бутилпероксиизопропокси метакрилат (Б-2), диметакриловый эфир изофталевой кислоты (ДМЭИФ);

б) инициаторы: дициклогексилпероксидикарбонат (ЦПК), пероксид дитретичного бутила (ПТБ) перекристаллизовали из ацетона. Содержание основного вещества в инициаторах составляло не менее 98%.

Аллилметакриловые эфиры моно-, ди- и триэтиленгликоля были получены путем взаимодействия хлорангидрида метакриловой кислоты с моноаллиловыми эфирами гликолей в присутствии триэтиламина. Моноаллиловые эфиры этиленгликоля и диэтиленгликоля были получены в результате реакции взаимодействия окиси этилена с аллиловым спиртом, катализируемой щелочными агентами (КОН).

Моноаллиловый эфир триэтиленгликоля синтезирован из триэтиленгликоля и аллилового спирта в присутствии водной натриевой щелочи.

Исходными веществами для синтеза пероксидного мономера Б-2 служили -оксиметилтретбутилпероксид и акрилоилхлорид, а для Б-3 – -оксипропилпероксид и метакрилоилхлорид. Реакцию проводили в хлороформе в присутствии меди. Содержание основного вещества не ниже 96-98% по активному кислороду.

На слой из недополимеризованного полиметилметакрилата, содержащего от 50 до 98% полимера, накладывают пленку из поливинилбутираля, а затем слой силикатного стекла. Систему нагревают со скоростью 1С в минуту до 140С и выдерживают в течение 3 часов, под давлением 1,8 МПа. Затем систему охлаждают со скоростью 1С в минуту до температуры ниже 60С, и получают готовый продукт – многослойное стекло-триплекс.

Ориентацию первого слоя (содержащего 50-98% полимера) осуществляли посредством сжатия или растяжения образца.

Ориентационное деформирование проводили при скорости перемещения зажимов 10 мм/мин в интервале температур, соответствующих наибольшей ее деформируемости.

Для отработки технологических параметров ориентации при двухосной вытяжке полимеризатов с незавершенной конверсией в условиях опытного производства и получения образцов больших (1000 1000 мм) размеров была изготовлена экспериментальная установка. Она состоит из следующих основных узлов:

1) рама в сборе;

2) система воздушного обогрева;

3) крышка;

4) гидроцилиндр подъема крышки;

5) площадка обслуживания;

6) пульт управления рабочего места;

7) гидростанция 12/12 Г 48-12.

Установка смонтирована на жесткой сварной раме, расположенной на четырех стойках. По периметру рамы размещены 24 червячных редуктора, через ступицу червячного колеса которых проходит 24 ходовых винта. К ходовым винтам в камере крепятся зажимы: 12 основных и 12 вспомогательных. С помощью 12 основных зажимов можно производить ориентирование заготовки, имеющей начальные размеры 400 400 мм. Вспомогательные зажимы могут быть использованы при минимальном размере стекла 750 750 мм. Скорость перемещения зажимов 23 мм/мин.

Изготовленная установка отличается от промышленных установок ориентации тем, что зажимные приспособления перед началом ориентационной вытяжки могут нагреваться подачей горячей воды до температуры 60-90С. Это необходимо для обеспечения полимеризации стекла с незавершенной конверсией в зажимах перед вытягиванием, что позволяет осуществлять в дальнейшем их деформирование, что повышает физико-механические свойства части образца, находящейся в зажимах, и облегчает их дальнейшее деформирование. В промышленных установках в отличие от предложенной экспериментальной зажимы оборудованы водяным охлаждением для того, чтобы в местах приложения растягивающих усилий полимер оставался в стеклообразном состоянии. Ориентацию осуществляли посредством вытяжки на 40-180%.

На полученный ориентированный полимерный слой накладывают слой из поливинилбутираля, а затем слой силикатного стекла. Систему нагревают со скоростью 1С в минуту до 140С и выдерживают в течение 3 часов, под давлением 1,8 МПа. Затем систему охлаждают со скоростью 1С в минуту до температуры ниже 60С и получают готовый продукт – многослойное стекло-триплекс. Свойства полученного продукта приведены в таблице (стекло 1).

Как видно из таблицы, температура эксплуатации стекла, полученного по данному изобретению (стекло 1), выше, чем известных стекол (СО-120, АО-120).

Использование вышеприведенной технологии получения многослойного стекла позволяет осуществлять получение обладающих высокими эксплуатационными свойствами изделий, которые нельзя получить при изготовлении классическими методами.

Формула изобретения

1. Способ изготовления многослойного стекла, включающий размещение между хотя бы одним первым и хотя бы одним вторым слоями из стекол хотя бы одного третьего слоя на основе полимерной композиции, с последующим отверждением, отличающийся тем, что в качестве первого слоя используют слой, полученный полимеризацией или сополимеризацией метилметакрилата до конверсии 50-98%, а в качестве третьего слоя используют совместимый с первым слоем слой на основе мономеров и/или полимеров состава иного, чем состав первого слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют один первый, один второй и один третий слой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого слоя используют слой, подвергнутый ориентации.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ориентацию осуществляют вытяжкой до 40-180% при температуре выше температуры стеклования продукта, подвергаемого вытяжке.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого слоя используют слой, полученный полимеризацией и/или сополимеризацией метилметакрилата с би- или полифункциональными мономерами.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве би- или полифункциональных мономеров используют хотя бы один из мономеров, выбранных из группы, включающей диаллиладипинат, аллилметакрилат, триаллилизоцианурат, аллилметакриловый эфир моноэтиленгликоля, аллилметакриловый эфир диэтиленгликоля, аллилметакриловый эфир триэтиленгликоля, диаллилизофталат, диметакриловый эфир моноэтиленгликоля, диметакриловый эфир триэтиленгликоля.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве бифункционального мономера используют диаллилизофталат.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго слоя используют силикатное стекло.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго слоя используют органическое стекло.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве третьего слоя используют слой на основе мономеров и/или полимеров (мет)акрилового ряда.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве третьего слоя используют слой на основе поливинилбутираля.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверждение осуществляют при 110-170С.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что отверждение осуществляют при прессовании посредством приложения силы, нормальной к первому и третьему слоям.