Способ контроля полимеризации, стимулированной лазерным излучением

 

Изобретение предназначено для контроля полимеризации стимулированной лазерным излучением. В жидкую фотополимеризующуюся полимерную композицию вводят инородное тело, например, проволоку, в зоне лазерного излучения. При этом вокруг инородного тела происходит полимеризация композиции. Облучение ведут до прекращения прироста массы или толщины полимера. Затем строят зависимость массы или толщины полимера от времени облучения. Скорость полимеризации определяют по тангенсу угла наклона указанной зависимости. По полученным данным скорости производят определение технологических параметров процесса стереолитографии: скорости сканирования лазерного луча и глубины погружения платформы.

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.

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.