CN102161719A - 一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入引发剂加热反应得预聚浆料；然后取1/3-2/3的预聚浆料并向其中加入夜光粉、防沉淀剂和消泡剂后浇注于模具中进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，按温度依次从高到低呈梯度分布进行聚合；最后于100-120℃聚合，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。采用该法所生产夜光有机玻璃内嵌工艺品：一次聚合生产时间可控制在4-6小时之间；夜光底层颜色各异、发光均匀；嵌件中间层无气泡、各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌保持原貌；透明上层透明度高。

Description

一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法

技术领域

本发明涉及嵌铸、梯度聚合生产有机玻璃工艺品，特别是涉及一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法。

背景技术

随着人们节能环保意识的提高、城市美化进程的加快以及生产生活中的特别需求，一系列发光有机玻璃产品应运而生。此类产品不仅节能环保，而且透明性好、耐老化、不易破碎、质轻、便于携带、外观漂亮大方、容易制作，甚至可以仿水晶，仿珍珠，仿玉石，仿象牙，仿玛瑙，深受人们喜爱。在装饰、标识、旅游、广告、收藏等领域具有很广阔的应用空间。

夜光有机玻璃工艺品是将能吸收外界光辐射能量，在黑暗环境中以可见光形式缓慢释放出所储存能量的夜光份均匀分散在有机玻璃基质中经本体聚合而成的有机玻璃制品。而夜光有机玻璃内嵌工艺品是指采用嵌铸的方式将各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌等嵌件包埋在有机玻璃夜光层及透明层之间经聚合而成的有机玻璃制品。

由于本体聚合甲基丙烯酸甲酯单体可制备高分子量、高纯度的有机玻璃制品，而且工艺简单，设备要求不高，容易操作，比较适合小规模间歇式工艺品的生产。但是，随着甲基丙烯酸甲酯单体聚合转化率的提高，本体聚合体系黏度增大，散热困难，容易发生爆聚或产生大量的气泡而影响有机玻璃制品的质量。工业上通常采用两段式聚合方法来解决爆聚等问题，但是夜光有机玻璃内嵌工艺品不仅使用了难溶解及分散的夜光粉，而且在有机玻璃中包埋各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌等嵌件。一方面，夜光粉在聚合体系中存在范德华力、静电力和空间位阻力的动态平衡过程，不可避免会产生团聚、沉淀、分层等现象，影响其发光效果。此外，夜光粉对聚合体系具有一定的阻聚作用，会延长聚合反应时间，加剧夜光粉在聚合体系中的团聚、沉淀与分层。另一方面，各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌等嵌件处理不当或其它原因在聚合体系中引入大量的气泡，影响产品质量。

发明内容

本发明目的是针对上述缺陷提出一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，使夜光粉均匀分散在有机玻璃基质中，不产生沉淀、分层等缺陷，使各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌等嵌件保持原貌且不产生大量气泡。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.3-0.6％的引发剂，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后在80-90℃下预聚，20-30分钟至体系呈甘油粘稠状，停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

2)然后在步骤1)制备的1/3-2/3的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量5-20％的夜光粉、1.25-5％的防沉淀剂和0.125-0.5％的消泡剂，机械搅拌均匀后浇注模具中，在50-75℃下，以5℃为一个梯度差的温度依次从高到低呈梯度分布进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在50-75℃下，以5℃为一个梯度差的温度依次从高到低呈梯度分布进行聚合；

4)最后于100-120℃聚合60-120分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

本发明步骤1)采用水浴加热，预聚合度达10-20％，预聚浆料粘度为1500-2500mpa.s。

所述的梯度中聚温度分别为70-75℃、65-70℃、60-65℃、55-60℃、50-55℃，对应梯度中聚时间分别为10-20分钟、20-30分钟、30-40分钟、40-60分钟、60-90分钟。

所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗3-4次后用蒸馏水洗3-4次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥30-60分钟，最后进行减压蒸馏。

所述的夜光粉经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目。

所述的引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或两种。

所述的防沉淀剂为二氧化硅、十二烷基硫酸钠中的一种或两种。

所述的消泡剂为四甲氧基硅烷、二甲基硅油中的一种或两种。

本发明通过预聚、嵌聚及聚合三个步骤制备。所制备的夜光有机玻璃内嵌工艺品的效果为夜光底层颜色各异、发光均匀；嵌件中间层无气泡、各类动植物标本、鹅卵石、相片、广告牌保持原貌；透明上层透明度高。应用本发明可以制作仿水晶像、人造琥珀、光致广告牌、各类指示标志以及小饰品等。

具体实施方式

实施例1，1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.3％的引发剂过氧化二苯甲酰，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后采用水浴加热在90℃下预聚20分钟至体系呈甘油粘稠状停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗4次后用蒸馏水洗4次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥30分钟，最后进行减压蒸馏。

2)然后在步骤1)制备的1/3的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量5％的经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目的夜光粉、1.25％的防沉淀剂二氧化硅和0.125％的消泡剂四甲氧基硅烷，机械搅拌均匀后浇注模具中，在70℃、65℃、60℃、55℃、50℃，对应梯度中聚时间分别为20分钟、30分钟、40分钟、60分钟、90分钟进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；在加入夜光粉、防沉淀剂时，由于搅拌会引入大量气泡，可将混合物静置片刻，待气泡几乎排除之后再进行浇注；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在70℃、65℃、60℃、55℃、50℃，对应梯度时间分别为20分钟、30分钟、40分钟、60分钟、90分钟进行聚合；

4)最后于100℃聚合120分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

实施例2，1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.5％的引发剂偶氮二异丁腈，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后采用水浴加热，在83℃下预聚28分钟至体系呈甘油粘稠状停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗3次后用蒸馏水洗4次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥50分钟，最后进行减压蒸馏。

2)然后在步骤1)制备的2/3的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量20％的经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目的夜光粉、5％的防沉淀剂十二烷基硫酸钠和0.5％的消泡剂二甲基硅油，机械搅拌均匀后浇注模具中，在75℃、70℃、65℃、60℃、55℃，对应梯度中聚时间分别为10钟、20分钟、30分钟、40分钟、60分钟进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；在加入夜光粉、防沉淀剂时，由于搅拌会引入大量气泡，可将混合物静置片刻，待气泡几乎排除之后再进行浇注；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在75℃、70℃、65℃、60℃、55℃，对应梯度时间分别为10钟、20分钟、30分钟、40分钟、60分钟进行聚合；

4)最后于120℃聚合60分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

实施例3，1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.4％的引发剂过氧化二苯甲酰，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后采用水浴加热，在86℃下预聚23分钟至体系呈甘油粘稠状停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗3次后用蒸馏水洗4次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥60分钟，最后进行减压蒸馏。

2)然后在步骤1)制备的1/2的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量15％的经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目的夜光粉、2.5％的防沉淀剂十二烷基硫酸钠和0.35％的消泡剂四甲氧基硅烷，机械搅拌均匀后浇注模具中，在72℃、67℃、62℃、57℃、52℃，对应梯度中聚时间分别为18分钟、28分钟、37分钟、55分钟、80分钟进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；在加入夜光粉、防沉淀剂时，由于搅拌会引入大量气泡，可将混合物静置片刻，待气泡几乎排除之后再进行浇注；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在72℃、67℃、62℃、57℃、52℃，对应梯度时间分别为18分钟、28分钟、37分钟、55分钟、80分钟进行聚合；

4)最后于108℃聚合100分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

实施例4，1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.6％的引发剂过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈的混合物，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后采用水浴加热，在80℃下预聚30分钟至体系呈甘油粘稠状停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗4次后用蒸馏水洗3次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥40分钟，最后进行减压蒸馏。

2)然后在步骤1)制备的2/3的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量10％的经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目的夜光粉、4％的防沉淀剂二氧化硅与十二烷基硫酸钠的混合物和0.2％的消泡剂四甲氧基硅烷与二甲基硅油的混合物，机械搅拌均匀后浇注模具中，在74℃、69℃、64℃、59℃、54℃，对应梯度中聚时间分别为13分钟、23分钟、33分钟、48分钟、70分钟进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；在加入夜光粉、防沉淀剂时，由于搅拌会引入大量气泡，可将混合物静置片刻，待气泡几乎排除之后再进行浇注；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在74℃、69℃、64℃、59℃、54℃，对应梯度时间分别为13分钟、23分钟、33分钟、48分钟、70分钟进行聚合；

4)最后于116℃聚合80分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

本发明在甲基丙烯酸甲酯单体中加入引发剂使引发聚合时产生气泡少，易于控制，可有效降低爆聚几率；在甲基丙烯酸甲酯预聚体中加入的消泡剂，所加入的消泡剂兼做脱模剂的双重作用，降低成本，节省原谅，同时减少组分有利于提高生产效率。

本发明在将浇注好的模具进行梯度中聚时，如果采用恒温水浴，则一定要对浇注好的模具进行密封处理，一旦模具进水，将会造成制品表面存在缺陷，如透明度下降、表面不平整、表面形成白色粉状聚合物等，严重时甚至会引起制品在模具中爆聚。

本发明在模具设计时浇注口在满足浇注的条件下应尽量的小且位置要合理，否则将会充模困难，出现空气难以排出、欠注等不良现象。最终制品将会出现很多质量问题，如表面不够光洁、气泡甚至形状不完整等。

本发明采用间歇浇注法充模，可以使聚合过程中放出的热量和气泡及时排除，不易在模具中发生爆聚，而且采用此法可以大大降低一次浇注收缩率。采用梯度中聚聚合可以使预聚物在很短的时间内黏度急剧增大进而基本达到固化，从而使夜光粉还来及沉降就已经被固化定型，使夜光粉均匀、稳定的分散于聚甲基丙烯酸甲酯中，采用此法可以大大缩短聚合成型周期；同时因为梯度中聚时温度较高，预聚体的黏度可以适当降低点，有利于剩余气泡的排除，提高制品质量。

Claims (8)

1.一种夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

1)首先在甲基丙烯酸甲酯单体中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量0.3-0.6％的引发剂，用磁力搅拌器进行搅拌，使引发剂完全溶解后在80-90℃下预聚，20-30分钟至体系呈甘油粘稠状，停止加热，迅速冷却得到预聚浆料；

2)然后在步骤1)制备的1/3-2/3的预聚浆料中加入甲基丙烯酸甲酯单体质量5-20％的夜光粉、1.25-5％的防沉淀剂和0.125-0.5％的消泡剂，机械搅拌均匀后浇注模具中，在50-75℃下，以5℃为一个梯度差的温度依次从高到低呈梯度分布进行中聚合至模具内浆料呈凝固态；

3)再依次嵌入嵌件和浇注余下的预聚浆料，在50-75℃下，以5℃为一个梯度差的温度依次从高到低呈梯度分布进行聚合；

4)最后于100-120℃聚合60-120分钟，脱模、打磨、抛光得到有机玻璃内嵌工艺品。

2.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的步骤1)采用水浴加热，预聚合度达10-20％，预聚浆料粘度为1500-2500mpa.s。

3.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的梯度中聚温度分别为70-75℃、65-70℃、60-65℃、55-60℃、50-55℃，对应梯度中聚时间分别为10-20分钟、20-30分钟、30-40分钟、40-60分钟、60-90分钟。

4.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的甲基丙烯酸甲酯单体首先用10％的NaOH洗3-4次后用蒸馏水洗3-4次至单体pH值接近7，再用无水CaCl₂干燥30-60分钟，最后进行减压蒸馏。

5.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的夜光粉经除水、研磨、过筛至粒度在200-400目。

6.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的防沉淀剂为二氧化硅、十二烷基硫酸钠中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的夜光有机玻璃内嵌工艺品的生产方法，其特征在于：所述的消泡剂为四甲氧基硅烷、二甲基硅油中的一种或两种。