Состав для химической обработки изделий из органического стекла

 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования при изготовлении изделий из органического стекла. Состав для химической обработки изделий из органического стекла включает 22-45 мас.ч. этилсиликата и растворитель, в качестве которого используют смесь уксусной кислоты 100 мас.ч., этилового спирта 180-500 мас.ч. и воды 25-45 мас.ч. Состав позволяет повысить устойчивость поверхности изделий из органического стекла к воздействию влаги и к истиранию. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования при изготовлении изделий из органического стекла.

Органическое стекло (полиметилметакрилат) как материал для изготовления деталей машиностроения имеет такой недостаток как низкую твердость поверхности, которая приводит к повреждению и затиранию поверхности изделий при эксплуатации. В то же время сформировать на органическом стекле защитный слой, например, из твердых оксидов металлов достаточно сложно, так как при этом отсутствует возможность применения высоких температур, необходимых для формирования защитной пленки, например, из золей или гелей оксидов металлов.

Известны составы для обработки изделий из органического стекла, включающие неорганические наполнители и добавки, обеспечивающие формирование на изделии монолитного покрытия при температурах ниже температуры размягчения органического стекла (Справочник. /Под ред. Гольдберга М.М. "Лакокрасочные покрытия в машиностроении". - М.: Машиностроение, 1974 г., с. 226, 227, 229). Составы в виде лакокрасочных материалов наносят на изделия из органического стекла и сушат при 40-80С в течение 0,25-5 часов.

Эти составы не позволяют использовать такое свойство органического стекла как прозрачность. Кроме того, образующиеся при этом покрытия обладают низкой устойчивостью к воздействию влаги и не могут эксплуатироваться вне помещения.

Наиболее близким к предлагаемому составу является состав для химической обработки изделий из органического стекла, включающий этилсиликат и растворитель [RU 2072379 C1 oт 27.01.1997]. Этот состав в виде антистатического прозрачного состава для покрытия экранов (органического стекла) включает этилсиликат, соединения металлов, кислотный и/или основной катализатор, растворитель.

Недостатком данного состава является низкая устойчивость образующегося покрытия по отношению к воздействию влаги. Высокое содержание в составе коллоидного диоксида кремния создает в покрытии развитую межфазную поверхность, по которой в покрытие проникает вода, разрушающая материал покрытия, отрывающая его от основы и в результате понижающая влагоустойчивость покрытия.

Изделия с этим покрытием нельзя эксплуатировать вне помещения, где нет защиты от атмосферной влаги.

Недостатком этого состава является также наличие оптических искажений изображения, рассматриваемого через изделие из органического стекла. Эти искажения возникают из-за образования на покрытии из известного состава микронеровностей, которые, отклоняя и рассеивая световые лучи, искажают и замутняют рассматриваемое изображение.

Задачей настоящего изобретения является увеличение устойчивости покрытия по отношению к воздействию влаги, а также устранение оптических искажений.

Решение поставленной задачи достигается тем, что состав для химической обработки изделий из органического стекла содержит этилсиликат, а в качестве растворителя - смесь уксусной кислоты, этилового спирта и воды при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.:

Уксусная кислота 100

Спирт этиловый 180-500

Вода 25-45

Этилсиликат 22-45.

Опытным путем авторами установлено, что этиловый спирт берут предпочтительно в количестве 250-450 мас.ч.

Соединения кремния в этом составе находятся в виде коллоидного раствора продуктов реакции этилсиликата со смесью уксусной кислоты, этилового спирта и воды. Содержание воды, уксусной кислоты и спирта в составе подобрано таким образом, чтобы кислота могла играть роль транспортирующего агента, который, впитываясь в органическое стекло, несет с собой продукты гидролиза этилсиликата и за счет процессов набухания и фильтрации образует на поверхности пленку из гидратированных соединений оксида кремния, проникающую в органическое стекло на глубину до 100 мкм, что обеспечивает высокую адгезию пленки к материалу основы. Этиловый спирт выполняет в составе роль высаливающего агента по отношению к органическому стеклу, препятствующего растворению и повреждению поверхности изделия, а также позволяет при содержаниии его в составе в предложенном соотношении удержать весь состав в жидком виде.

Состав изготавливают при комнатной температуре в стеклянной посуде последовательным смешиванием уксусной кислоты, этилового спирта и воды, с последующими перемешиванием в течение 5-10 минут, добавлением этилсиликата и выдерживанием смеси в течение 1,0-1,5 часов, после чего состав можно применять для обработки изделий.

Обработку изделий составом проводят в следующем порядке.

Изделие из органического стекла очищают и обезжиривают путем протирания тканью, обильно смоченной этиловым спиртом. Затем изделие погружают в раствор для химической обработки на заданное время (от 10 до 40 минут), извлекают из раствора, промывают водой, погружают в дистиллированную воду на 10-40 минут, извлекают из воды и подвергают термообработке в термостате в течение 2,0-3,0 часов при 60-70С, после чего охлаждают до комнатной температуры.

Вместо погружения в ванну изделия больших размеров можно обрабатывать путем непрерывного нанесения раствора для химической обработки на изделие под тягой тканевой кистью в течение заданного времени, не допуская высыхания раствора на изделии. Остальные операции и режимы обработки сохраняются без изменений, как описано выше.

В результате обработки предложенным составом по описанному режиму на изделии образуется тонкая (0,5-1 мкм ) пленка диоксида кремния, которая защищает материал от воздействия факторов природной среды. Устойчивость поверхности изделия по отношению к истиранию возрастает приблизительно в два раза, с 500 до 1000 циклов при испытании по методике, использующей воздействие резиновым истирающим элементом, обернутым тканью и нагруженным массой 200 г. Покрытие из предложенного состава более устойчиво, чем известное, по отношению к воздействию влаги (выдерживает более 60 суток погружения в воду без изменений по сравнению с 3 сутками для известного состава), оптические искажения, характерные для неполированных лаковых покрытий, на покрытии из предложенного состава отсутствуют.

Все это позволяет повысить качество поверхности изделия во время его использования в условиях воздействия атмосферы.

В случае нарушения предложенного соотношения компонентов по содержанию в составе воды и этилсиликата состав либо снижает пленкообразующую способность - если используется содержание этих компонентов ниже предложенного, либо образующиеся пленки получаются мутными и рыхлыми - если используется содержание указанных компонентов выше предложенного. В случае использования более низкого содержания в составе этилового спирта, чем предложенное, состав может повреждать поверхность изделия, а более высокое содержание в составе спирта по сравнению с предложенным увеличивает продолжительность процесса обработки и в целом приводит к удорожанию состава. В качестве этилсиликата может быть использован, например, этилсиликат по ТУ 6-02-895-86, или (эквивалентный ему) тетраэтоксисилан по ТУ 6-02-708-76, или ТУ 6-09-5230-85 при соответствующем пересчете его содержания в составе. В качестве уксусной кислоты может быть использована уксусная кислота ледяная по ГОСТ 61-75 или кислота по ГОСТ 18270-72, в качестве спирта этилового - спирт по ГОСТ 18300-87, в качестве воды - вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Примеры 1-3

Приготавливаем 3 состава для химической обработки поверхности изделий из органического стекла при содержании соответственно на 100 мас.ч. уксусной кислоты спирта этилового 180, 300, 500 г; воды дистиллированной 25, 35, 45 г; этилсиликата 22, 33, 45 г.

Примеры 4-5

Для сравнения приготавливаем 2 состава при содержании соответственно на 100 мас.ч. уксусной кислоты спирта этилового 150, 700 г; воды дистиллированной 20, 40 г; этилсиликата 20, 50 г.

Примеры 6-7

Для сравнения приготавливаем два состава на лаках, дающих твердые и водостойкие покрытия, - паркетном и кремний-органическом, совмещая их с продуктами конденсации этилсиликата в количестве 50% по весу.

Приготовленные составы по примерам 1-5 используем для обработки погружением образцов из органического стекла толщиной 3-10 мм в течение 20 мин с последующими промывкой, вымачиванием в воде в течение 20 минут и термообработкой в при 60-70С в течение 3 часов. Составы по примерам 6-7 используем для нанесения кистью на образцы из органического стекла с последующей сушкой при комнатной температуре в течение 4 суток и дополнительной сушкой при температуре 80С в течение 6 часов.

Пример 8

Приготавливаем состав по рецептуре состава № 2 и используем его для обработки образца органического стекла путем погружения в течение 40 мин с последующим промыванием дистиллированной водой. Далее из этого образца изготавливаем углепластик по известной технологии.

Полученные образцы по примерам 1-7 испытываем на устойчивость к воздействию влаги погружением в воду и на отсутствие оптических искажений при рассматривании с расстояния 0,3-0,5 м.

В результате проведенных наблюдений составы по примерам 1-3 показывают наиболее высокие показатели водостойкостии обработанных ими изделий из органического стекла, а также отсутствие оптических искажений при рассматривании объектов через пластины из органического стекла, обработанные этими составами. Состав по примеру 4 повреждает поверхность изделия. Составы по примерам 6 и 7 образуют покрытие с низкой устойчивостью к воздействию влаги, дающее мутные изображения с размытыми контурами.

Образец углепластика по примеру 8 содержит на внешней поверхности слой, обогащенный диоксидом кремния и укрепляющий поверхность.

Покрытие из предложенного состава выдерживает без изменений воздействие температур плюс 60С и минус 60С, устойчиво по отношению к действию влаги, а также обладает некоторым просветляющим эффектом, уменьшая отражение светового излучения от плоского образца органического стекла с 7,2-8,1% до 5,4-5,2% в области длин волн 600-400 нм. Состав пригоден также для укрепления трещин в силикатных ветровых стеклах автомобилей.

Формула изобретения

1. Состав для химической обработки изделий из органического стекла, включающий этилсиликат и растворитель, отличающийся тем, что он содержит в качестве растворителя смесь уксусной кислоты, этилового спирта и воды при следующем соотношении компонентов, маc.ч.:

Уксусная кислота 100

Спирт этиловый 180 - 500

Вода 25 - 45

Этилсиликат 22 - 45

2. Состав для химической обработки изделий из органического стекла по п.1, отличающийся тем, что этиловый спирт берут в количестве 250-450 мас.ч.