RU2229489C1

RU2229489C1 - Composition for chemically treating organic glass articles

Info

Publication number: RU2229489C1
Application number: RU2003119842/04A
Authority: RU
Inventors: В.И. Ирков (RU); В.И. Ирков; А.В. Пестов (RU); А.В. Пестов; Р.П. Келина (RU); Р.П. Келина; О.Ф. Просовский (RU); О.Ф. Просовский
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: special-destination fluids. SUBSTANCE: composition for chemically treating organic glass articles employed in mechanical engineering area contains 22-45 wt parts of ethyl silicate and solvent, in particular mixture composed of acetic acid, ethanol, and water in amounts 100, 180-500, and 25-45 wt parts, respectively. EFFECT: increased resistance of surfaces of articles against moisture and abrasion effects. 2 cl, 8 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования при изготовлении изделий из органического стекла.The invention relates to mechanical engineering and is intended for use in the manufacture of products from organic glass.

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.Organic glass (polymethylmethacrylate) as a material for the manufacture of mechanical engineering parts has such a disadvantage as low surface hardness, which leads to damage and mashing of the surface of the products during operation. At the same time, it is quite difficult to form a protective layer on organic glass, for example, from solid metal oxides, since it is not possible to use the high temperatures necessary to form a protective film, for example, from sols or gels of metal oxides.

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 40-80°С в течение 0,25-5 часов.Known compositions for processing products from organic glass, including inorganic fillers and additives, providing the formation on the product of a monolithic coating at temperatures below the softening temperature of organic glass (Reference. / Under the editorship of Goldberg MM "Paint coatings in mechanical engineering". - M. : Engineering, 1974, p. 226, 227, 229). Compositions in the form of paints and varnishes are applied to products made of organic glass and dried at 40-80 ° C for 0.25-5 hours.

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.These compositions do not allow the use of such a property of organic glass as transparency. In addition, the resulting coatings have low resistance to moisture and cannot be used outdoors.

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.Closest to the proposed composition is a composition for the chemical treatment of products from organic glass, including ethyl silicate and solvent [RU 2072379 C1 from 01.27.1997]. This composition in the form of an antistatic transparent composition for coating screens (organic glass) includes ethyl silicate, metal compounds, acidic and / or basic catalyst, solvent.

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.The disadvantage of this composition is the low stability of the resulting coating with respect to moisture. The high content of colloidal silicon dioxide in the coating creates a developed interfacial surface along which water penetrates the coating, destroying the coating material, tearing it off the substrate and, as a result, reducing the moisture resistance of the coating.

Изделия с этим покрытием нельзя эксплуатировать вне помещения, где нет защиты от атмосферной влаги.Products with this coating must not be used outdoors where there is no protection against atmospheric moisture.

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.The disadvantage of this composition is the presence of optical distortion of the image viewed through the product from organic glass. These distortions arise due to the formation of microroughnesses on the coating from a known composition, which, deflecting and scattering light rays, distort and cloud the image in question.

Задачей настоящего изобретения является увеличение устойчивости покрытия по отношению к воздействию влаги, а также устранение оптических искажений.The present invention is to increase the stability of the coating in relation to moisture, as well as the elimination of optical distortion.

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.:The solution to this problem is achieved by the fact that the composition for the chemical treatment of products from organic glass contains ethyl silicate, and as a solvent a mixture of acetic acid, ethyl alcohol and water in the following ratio of components, in parts by weight:

Уксусная кислота 100Acetic acid 100

Спирт этиловый 180-500Ethyl alcohol 180-500

Вода 25-45Water 25-45

Этилсиликат 22-45.Ethyl silicate 22-45.

Опытным путем авторами установлено, что этиловый спирт берут предпочтительно в количестве 250-450 мас.ч.Empirically, the authors found that ethyl alcohol is taken preferably in an amount of 250-450 wt.h.

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.The silicon compounds in this composition are in the form of a colloidal solution of the reaction products of ethyl silicate with a mixture of acetic acid, ethyl alcohol and water. The content of water, acetic acid and alcohol in the composition is selected so that the acid can play the role of a transporting agent, which, when absorbed into organic glass, carries with it the products of hydrolysis of ethyl silicate and, due to the processes of swelling and filtration, forms a film of hydrated silicon oxide compounds on the surface penetrating organic glass to a depth of 100 microns, which ensures high adhesion of the film to the base material. Ethyl alcohol plays the role of a salting out agent in relation to organic glass, which prevents dissolution and damage to the surface of the product, and also allows you to keep the whole composition in liquid form when it is contained in the composition in the proposed ratio.

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.The composition is made at room temperature in a glass dish by successively mixing acetic acid, ethyl alcohol and water, followed by stirring for 5-10 minutes, adding ethyl silicate and keeping the mixture for 1.0-1.5 hours, after which the composition can be used for processing products.

Обработку изделий составом проводят в следующем порядке.Processing products composition is carried out in the following order.

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 60-70°С, после чего охлаждают до комнатной температуры.An organic glass product is cleaned and degreased by wiping it with a cloth liberally moistened with ethyl alcohol. Then the product is immersed in a solution for chemical treatment for a specified time (from 10 to 40 minutes), removed from the solution, washed with water, immersed in distilled water for 10-40 minutes, removed from water and subjected to heat treatment in a thermostat for 2.0- 3.0 hours at 60-70 ° C, after which it is cooled to room temperature.

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.Instead of immersion in a bathtub, large-sized products can be processed by continuously applying a solution for chemical treatment to the product under the draft with a cloth brush for a specified time, preventing the solution from drying out on the product. The remaining operations and processing modes are stored unchanged, as described above.

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.As a result of processing the proposed composition according to the described mode, a thin (0.5-1 μm) silicon dioxide film is formed on the product, which protects the material from environmental factors. The resistance of the product surface to abrasion increases approximately twice, from 500 to 1000 cycles when tested according to the method using exposure to a rubber abrasive element, wrapped in a fabric and loaded with a mass of 200 g. The coating of the proposed composition is more stable than the known one with respect to moisture (can withstand more than 60 days of immersion in water unchanged compared to 3 days for a known composition), optical distortion, characteristic of unpolished varnish coatings, on the coating from nnogo composition absent.

Все это позволяет повысить качество поверхности изделия во время его использования в условиях воздействия атмосферы.All this allows you to improve the quality of the surface of the product during its use in atmospheric conditions.

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.In case of violation of the proposed ratio of components according to the content of water and ethyl silicate in the composition, the composition either reduces the film-forming ability - if the content of these components is lower than the proposed one, or the films formed are cloudy and loose - if the content of these components is used higher than the proposed one. In the case of using a lower content in the composition of ethyl alcohol than the proposed composition can damage the surface of the product, and a higher content in the composition of the alcohol compared with the proposed increases the duration of the processing process and generally leads to a rise in the cost of the composition. As ethyl silicate, for example, ethyl silicate can be used according to TU 6-02-895-86, or tetraethoxysilane (equivalent to it) according to TU 6-02-708-76, or TU 6-09-5230-85 with a corresponding conversion of its content in the composition. Glacial acetic acid according to GOST 61-75 or acid according to GOST 18270-72 can be used as acetic acid, alcohol according to GOST 18300-87 as ethyl alcohol, and distilled water as GOST 6709-72 as water.

Примеры 1-3Examples 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.We prepare 3 compositions for chemical surface treatment of products from organic glass with a content of 100 wt.h. ethyl acetate 180, 300, 500 g; distilled water 25, 35, 45 g; ethyl silicate 22, 33, 45 g.

Примеры 4-5Examples 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.For comparison, we prepare 2 compositions with contents, respectively, per 100 parts by weight. ethyl acetate 150, 700 g; distilled water 20, 40 g; ethyl silicate 20, 50 g.

Примеры 6-7Examples 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.For comparison, we prepare two compositions on varnishes that give hard and waterproof coatings - parquet and silicon-organic, combining them with the products of condensation of ethyl silicate in an amount of 50% by weight.

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 60-70°С 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 80°С в течение 6 часов.The prepared compositions according to examples 1-5 we use for immersion processing of samples of organic glass with a thickness of 3-10 mm for 20 minutes, followed by washing, soaking in water for 20 minutes and heat treatment at 60-70 ° C for 3 hours. The compositions of examples 6-7 we use for brushing on samples of organic glass, followed by drying at room temperature for 4 days and additional drying at a temperature of 80 ° C for 6 hours.

Пример 8Example 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.We prepare the composition according to the recipe of composition No. 2 and use it to process a sample of organic glass by immersion for 40 minutes, followed by washing with distilled water. Next, from this sample we produce carbon fiber according to known technology.

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.The samples obtained in examples 1-7 are tested for resistance to moisture by immersion in water and the absence of optical distortion when viewed from a distance of 0.3-0.5 m

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.As a result of the observations, the compositions according to examples 1-3 show the highest water resistance indicators of the processed organic glass products, as well as the absence of optical distortions when viewing objects through organic glass plates treated with these compositions. The composition according to example 4 damages the surface of the product. The compositions according to examples 6 and 7 form a coating with low resistance to moisture, giving cloudy images with blurry contours.

Образец углепластика по примеру 8 содержит на внешней поверхности слой, обогащенный диоксидом кремния и укрепляющий поверхность.The carbon fiber sample of example 8 contains on the outer surface a layer enriched in silicon dioxide and strengthening the surface.

Покрытие из предложенного состава выдерживает без изменений воздействие температур плюс 60°С и минус 60°С, 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.The coating of the proposed composition withstands the effects of temperatures of plus 60 ° C and minus 60 ° C, is stable against moisture, and also has some antireflection effect, reducing the reflection of light from a flat sample of organic glass from 7.2-8.1 % to 5.4-5.2% in the wavelength region of 600-400 nm. The composition is also suitable for reinforcing cracks in silicate windshields of automobiles.

Claims

1. The composition for the chemical treatment of products made of organic glass, including ethyl silicate and a solvent, characterized in that it contains as a solvent a mixture of acetic acid, ethyl alcohol and water in the following ratio, wt.

Acetic acid 100

Ethyl alcohol 180 - 500

Water 25 - 45

Ethyl silicate 22 - 45

2. The composition for chemical processing of products from organic glass according to claim 1, characterized in that ethyl alcohol is taken in an amount of 250-450 parts by weight