способ контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением

Формула изобретения

Способ контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением, предусматривающий взаимодействие лазерного излучения с жидкой фотополимеризующейся композицией, отличающийся тем, что взаимодействие лазерного излучения с жидкой фотополимеризующейся композицией ведут в зоне контакта инородного тела с поверхностью композиции, которую облучают лазерным излучением до прекращения прироста массы или толщины полимера, и ведут контроль по скорости полимеризации, определяемой тангенсом угла наклона зависимостей массы или толщины полимера от времени облучения, причем площадь поперечного сечения инородного тела должна быть не более 1 - 10% площади поперечного сечения лазерного луча.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии и касается разработки способа контроля лазерно-стимулированной полимеризации жидких фотополимеризующихся композиций, в частности, в стереолитографии.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением, предусматривающий взаимодействие лазерного излучения с жидкой фотополимеризующейся композицией. Взаимодействие лазерного излучения с фотополимеризующейся композицией ведут в тонком слое на стекле из калий-бром и непрерывно регистрируют расход двойных связей мгновенной ИК-спектроскопией по изменению интенсивности полосы поглощения при 812 см^-1, контроль полимеризации ведут по скорости расхода двойных связей.

Недостатками этого способа являются сложность осуществления процесса, связанная с аппаратурным оформлением, полученная величина - конверсия двойных связей является относительной оценкой полимеризации.

Задачей изобретения является создание способа контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением, позволяющего вести непосредственный контроль по образованию полимера.

Техническая задача решается тем, что в способе контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением, предусматривающем взаимодействие лазерного излучения с жидкой фотополимеризующейся композицией, взаимодействие ведут в зоне контакта инородного тела с поверхностью композиции, которую облучают лазерным излучением в течение времени до прекращения прироста массы или толщины полимера и ведут контроль по скорости полимеризации, определяемой тангенсом угла наклона зависимостей массы или толщины полимера от времени облучения, причем площадь поперечного сечения инородного тела должна быть не более 1-10% площади поперечного сечения лазерного луча, что позволяет вести непосредственный контроль по образованию полимера.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Кювету объемом 100 мл заполняют на 90% жидкой фотополимеризующейся композицией, состоящей из смеси диакрилатов - 80% мас., акрилового мономера- 19% мас. и фотоинициатора (Дарокур 1173) - 1% мас., и помещают инородное тело в виде проволоки диаметром 0,2 мм. Полимеризацию ведут под действием излучения газового импульсного азотного лазера ЛГИ-503 с длиной волны 337,1 нм. Средняя мощность лазера - 1 мВт. Инородное тело вводят в зону лазерного излучения так, чтобы оно имело общую точку с поверхностью композиции. Затем фиксируют лазерный луч на поверхности композиции, точно в зону контакта жидкой фотополимеризующейся композиции с инородным телом, площадь поперечного сечения инородного тела составляет 5% от площади поперечного сечения лазерного луча. При облучении вокруг инородного тела происходит полимеризация композиции. Облучение ведут периодически через 5 с до прекращения прироста массы или толщины полимера. Инородное тело с образовавшимся на нем полимером извлекают из большого объема жидкой фотополимеризующейся композиции, промывают в спиртоацетоновой смеси, после чего полимер освобождают от инородного тела и сушат. Производят взвешивание и замер толщины полимерного образца. По времени облучения и массе или толщине полимерных образцов строят зависимость массы или толщины полимера от времени облучения и определяют скорость полимеризации по тангенсу угла наклона.

Полученный полимер на основе композиции, вышеуказанного состава, имеет следующие показатели:

Масса образца, полученного за 300 с облучения - 6,2 г

Высота образца - 0,3 мм

Диаметр образца - 4,0 мм

Содержание гель-фракции - 92%

Скорость полимеризации - 3,83 мг/с

Пример 2. Лазерно-стимулированную полимеризацию ведут при условиях, аналогичных примеру 1. В качестве инородного тела используют оптически прозрачный кварцевый стержень диаметром 0,1 мм. Площадь поперечного сечения инородного тела составляет 2,5% от площади поперечного сечения лазерного луча. Полученный полимер имеет следующие характеристики:

Масса образца, полученного за 300 с облучения - 6,5 г

Высота образца - 0,3 мм

Диаметр образца - 4,0 мм

Содержание гель-фракции - 92%

Скорость полимеризации - 3,83 мг/с.

Пример 3. Полимеривацию проводят о использованием непрерывного газового He-Cd лазера с длиной волны 325 нм. Мощность лазера 12,5 мВт. Диаметр лазерного луча - 2 мм. Состав мономер-олигомерной композиции аналогичен примеру 1. В качестве фотоинициатора использован 2,2-диметокси-2-фенил-ацетофенон.

Кювету объемом 2л заполняют на 85% жидкой фотополимеризующейся композицией и помещают инородное тело в виде проволоки диаметром 0,2 мм, изготовленной из нержавеющей стали. Площадь поперечного сечения инородного тела составляет 10% от площади поперечного сечения лазерного луча. Все последующие действия аналогичны примеру 1. Образовавшийся полимер имеет следующие характеристики:

Масса образца, полученного за 300 с облучения - 45,7 мг

Высота образца - 2,5 мм

Диаметр образца - 2,0 мм

Содержание гель-фракции - 92%

Скорость полимеризации - 15,7 мг/с

Разработанный способ контроля был апробирован при разработке композиций лазерного отверждения для стереолитографии на АО "Ижмаш" г. Ижевск. Способ контроля позволил определить оптимальный состав композиции для послойного получения полимерного изделия, с максимальной скоростью полимеризации и минимальным индукционным периодом. Данные, полученные заявляемым способом контроля по сравнению с прототипом, позволяют определять технологические параметры процесса стереолитографии: скорость сканирования лазерного луча и глубину погружения платформы.

Источники информации:

Журнал "Makromol. Chem." 1988-1989, N 10 с. 2381-2394;

Журнал "Makromol. Chem." 1990-1991, N 4, с. 963-979.