球型有机玻璃的配方及其制备方法与流程

1.本技术涉及一种球型有机玻璃，特别是涉及一种球型有机玻璃的配方及其制备方法。


背景技术：

2.海洋与人类的生活息息相关，进入二十一世纪以来，世界各国都在开展探索海洋、开发海洋资源的活动。深海潜水器是进入深海不可或缺的重要运载作业装备，观察窗就相当于深海潜水器的眼睛，具有举足轻重的作用。
3.在实现本技术的过程中，申请人发现现有技术至少存在以下问题：
4.现有深海潜水器的观察窗是通过组装模具在水浴中进行固化的，这样导致其拼接缝处容易出现漏水的现象，并且观察窗的透光率及硬度较低，抗压性能较差，无法满足深海观察的需求。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中存在的技术问题，本技术实施例提供了一种球型有机玻璃的配方及其制备方法。具体的技术方案如下：
6.第一方面，提供一种球型有机玻璃的配方，其包括以下重量百分比的成分：90.0％-98.0％的甲基丙烯酸甲酯；0.01％-0.5％的引发剂；1％-5％的紫外线吸收剂；0.5％-5％的添加剂。
7.在第一方面的第一种可能实现方式中，引发剂包括过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸双丁酯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯、过氧化乙酸叔丁酯、偶氮二球丁腈中的一种或多种。
8.在第一方面的第二种可能实现方式中，紫外线吸收剂包括为uv-p、uv-328、uv-329、b-cap和tinuvin p中的一种或多种。
9.在第一方面的第三种可能实现方式中，添加剂为新戊二醇、新戊二醇二甲基丙烯酸酯和多库脂钠中的一种或多种。
10.第二方面，提供一种球型有机玻璃的制备方法，其包括以下步骤：取重量百分比为90.0％-98.0％的甲基丙烯酸甲酯、0.01％-0.5％的引发剂和1％-5％的紫外线吸收剂在70-90℃下加热反应，制得预聚物，并冷却至40℃以下；于预聚物中加入重量百分比为0.5％-5％的添加剂，并搅拌，抽真空除气泡，得到浇注液；将浇注液浇注于相应模具内，并风浴固化；对模具阶段高温固化后，冷却、拆模，得到球型有机玻璃。
11.在第二方面的第一种可能实现方式中，引发剂为过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、过氧化二碳酸双丁酯、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧乙酸叔丁酯中的一种或多种；紫外线吸收剂为uv-p、uv-328、uv-329、b-cap和tinuvin p中的一种或多种；添加剂为新戊二醇、新戊二醇二甲基丙烯酸酯和多库脂钠中的一种或多种。
12.在第二方面的第二种可能实现方式中，预聚物与添加剂的搅拌时间为1-3h。
13.在第二方面的第三种可能实现方式中，浇注液在风浴固化时，按照加热50-60℃、保温8小时，冷却至30℃以下、保温12小时的方式循环进行固化。
14.在第二方面的第四种可能实现方式中，模具阶段高温固化时，按照加热80-90℃、保温4小时，加热120-130℃，保温4小时的方式阶段固化。
15.在第二方面的第五种可能实现方式中，模具是采用自然冷却的方式冷却至室温。
16.本技术与现有技术相比具有的优点有：
17.本技术的球型有机玻璃的配方及其制备方法，其所制备的球型有机玻璃具有透光率高、硬度高、抗压性能好等特点。同时本技术的模具浇注完成后全程采用风浴方式固化，适于曲率较大的难以热弯成型的球型潜水器观察窗，海底观光船，另外，本技术还避开了传统组装模具在水浴中进行固化时拼接缝漏水的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本技术第一至第三实施例的球型有机玻璃的制备方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
20.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
21.在第一实施例中，按配方重量百分比分称取：96.15％的甲基丙烯酸甲酯，0.05％的过氧化二苯甲酰，0.5％的紫外线吸收剂uv-329，1.3％的新戊二醇二甲基丙烯酸酯、0.3％的甲基丙烯酸、0.1％的甲基丙烯酰胺、0.6％的多库脂钠和1％的三聚氰酸三烯丙酯。
22.请参考图1，是本技术第一实施例的球型有机玻璃的制备方法的步骤流程示意图。按照上述配方制作大厚度聚甲基丙烯酸甲酯板材，球型有机玻璃的制备方法s包括以下步骤s1至步骤s4。其中：
23.步骤s1，制取预聚物。取重量百分比为90.0％-98.0％的甲基丙烯酸甲酯、0.01％-0.5％的引发剂和1％-5％的紫外线吸收剂在70-90℃下加热反应，制得预聚物，并冷却至40℃以下。
24.具体的，将重量分数为96.15的甲基丙烯酸甲酯、重量分数为0.5的紫外吸收剂uv-329、重量分数为0.05的引发剂过氧化二苯甲酰一起加入反应釜内，并加热搅拌，加热温度为90℃，加热时间为1小时，制得预聚物，测量反应釜内预聚物的温度，由于反应放热，当溶液温度接近96℃时，此时预聚物达到一定粘度，将反应釜夹套冷却水温度5-10℃，进行冷却，使预聚物冷却至40℃以下。
25.步骤s2，配置浇注液。于预聚物中加入重量百分比为0.5％-5％的添加剂，并搅拌，抽真空除气泡，得到浇注液。
26.具体的，向反应釜内加入添加剂多库脂钠重量分数0.6，新戊二醇二甲基丙烯酸酯重量分数1.3，甲基丙烯酸重量分数0.3，甲基丙烯酰胺重量分数0.1，多库脂钠重量分数
0.6，三聚氰酸三烯丙酯重量分数1，并搅拌1-3h，使其充分反应，得到浇注液，同时抽真空-0.08
‑‑
0.1mpa，除去浇注液内的气泡。
27.步骤s3，浇铸及风浴固化。将浇注液浇注于相应模具内，并风浴固化。
28.具体的，待浇注液冷却至40℃后，浇注进模具中，模具转移进入防爆烘箱内进行风浴聚合，按照60℃，8小时；20℃，12小时的温度循环进行固化，一直温度循环至浇注液表面硬化。其中模具为制备球型有机玻璃专用模具。
29.步骤s4，阶段高温固化及脱模。对模具阶段高温固化后，冷却、拆模，得到球型有机玻璃。
30.具体的，将上述风浴固化后的模具再加热80℃，保温4小时，接着加热120℃，保温4小时，最后自然冷却至室温，再进行脱模，即可制得所需的球型有机玻璃。
31.在第二实施例中，按配方重量百分比分称取：95.22％的甲基丙烯酸甲酯，0.03％的偶氮二球丁腈，0.6％的紫外线吸收剂uv-328，1％的新戊二醇二甲基丙烯酸酯、0.5％的甲基丙烯酸、0.1％的新戊二醇、0.05％的甲基丙烯酰胺、1％的多库脂钠和1.5％的三聚氰酸三烯丙酯。
32.请参考图1，是本技术第二实施例的球型有机玻璃的制备方法的步骤流程示意图。按照上述配方制作大厚度聚甲基丙烯酸甲酯板材，球型有机玻璃的制备方法s包括以下步骤s1至步骤s4。其中：
33.步骤s1，制取预聚物。取重量百分比为90.0％-98.0％的甲基丙烯酸甲酯、0.01％-0.5％的引发剂和1％-5％的紫外线吸收剂在70-90℃下加热反应，制得预聚物，并冷却至40℃以下。
34.具体的，将重量分数为95.22的甲基丙烯酸甲酯、重量分数为0.6的抗紫外剂uv-328、重量分数为0.03的引发剂偶氮二球丁腈一起加入反应釜内，并加热搅拌，加热温度为80℃，加热时间为2小时，制得预聚物，测量反应釜内预聚物的温度，由于反应放热，当溶液温度接近96℃时，此时预聚物达到一定粘度，将反应釜夹套冷却水温度5-10℃，进行冷却，使预聚物冷却至40℃以下。
35.步骤s2，配置浇注液。于预聚物中加入重量百分比为0.5％-5％的添加剂，并搅拌，抽真空除气泡，得到浇注液。
36.具体的，向反应釜内加入添加剂新戊二醇二甲基丙烯酸酯重量分数1，甲基丙烯酸重量分数0.5，新戊二醇重量分数0.1，甲基丙烯酰胺重量分数0.05，多库脂钠重量分数1，三聚氰酸三烯丙酯重量分数1.5，并搅拌1-3h，使其充分反应，得到浇注液，同时抽真空-0.08
‑‑
0.1mpa，除去浇注液内的气泡。
37.步骤s3，浇铸并风浴固化。将浇注液浇注于相应模具内，并风浴固化。
38.具体的，待浇注液冷却至40℃后，浇注进模具中，模具转移进入防爆烘箱内进行风浴聚合，按照60℃，8小时；20℃，12小时的温度循环进行固化，一直温度循环至浇注液表面硬化。其中模具为制备球型有机玻璃专用模具。
39.步骤s4，阶段高温固化及脱模。对模具阶段高温固化后，冷却、拆模，得到球型有机玻璃。
40.具体的，将上述风浴固化后的模具再加热80℃，保温4小时，接着加热120℃，保温4小时，最后自然冷却至室温，再进行脱模，即可制得所需的球型有机玻璃。
41.在第三实施例中，按配方重量百分比分称取：94.39％的甲基丙烯酸甲酯，0.03％的过氧化二苯甲酰，0.5％的紫外线吸收剂uv-p，1.8％的新戊二醇二甲基丙烯酸酯、1％的甲基丙烯酸、0.3％的新戊二醇、0.08％的甲基丙烯酰胺、0.4％的多库脂钠和1.5％的三聚氰酸三烯丙酯。
42.请参考图1，是本技术第三实施例的球型有机玻璃的制备方法的步骤流程示意图。按照上述配方制作大厚度聚甲基丙烯酸甲酯板材，球型有机玻璃的制备方法s包括以下步骤s1至步骤s4。其中：
43.步骤s1，制取预聚物。取重量百分比为90.0％-98.0％的甲基丙烯酸甲酯、0.01％-0.5％的引发剂和1％-5％的紫外线吸收剂在70-90℃下加热反应，制得预聚物，并冷却至40℃以下。
44.具体的，将重量分数为94.39的甲基丙烯酸甲酯、重量分数为0.5的紫外线吸收剂uv-p、重量分数为0.03的引发剂过氧化二苯甲酰一起加入反应釜内，并加热搅拌，加热温度为85℃，加热时间为1.5小时，制得预聚物，测量反应釜内预聚物的温度，由于反应放热，当溶液温度接近96℃时，此时预聚物达到一定粘度，将反应釜夹套冷却水温度5-10℃，进行冷却，使预聚物冷却至40℃以下。
45.步骤s2，配置浇注液。于预聚物中加入重量百分比为0.5％-5％的添加剂，并搅拌，抽真空除气泡，得到浇注液。
46.具体的，向反应釜内加入添加剂新戊二醇二甲基丙烯酸酯重量分数1.8，甲基丙烯酸重量分数1，新戊二醇重量分数0.3，甲基丙烯酰胺重量分数0.08，多库脂钠重量分数0.4，三聚氰酸三烯丙酯重量分数1.5，并搅拌1-3h，使其充分反应，得到浇注液，同时抽真空-0.08
‑‑
0.1mpa，除去浇注液内的气泡。
47.步骤s3，浇铸并风浴固化。将浇注液浇注于相应模具内，并风浴固化。
48.具体的，待浇注液冷却至40℃后，浇注进模具中，模具转移进入防爆烘箱内进行风浴聚合，按照60℃，8小时；20℃，12小时的温度循环进行固化，一直温度循环至浇注液表面硬化。其中模具为制备球型有机玻璃专用模具。
49.步骤s4，阶段高温固化及脱模。对模具阶段高温固化后，冷却、拆模，得到球型有机玻璃。
50.具体的，将上述风浴固化后的模具再加热80℃，保温4小时，接着加热120℃，保温4小时，最后自然冷却至室温，再进行脱模，即可制得所需的球型有机玻璃。
51.取上述第一至第三实施例中所制备的球型有机玻璃分三组进行测试，各组测试项目包含拉伸强度、拉伸断裂伸长率、拉伸模量、弯曲强度、吸水率、压缩屈服强度及压缩屈服模量。同时将各测试结构与现有深海潜器观察窗的要求进行对比，结果如下表所示：
[0052][0053]
结合上表中数据可以明显的得到，利用本技术的球型有机玻璃的配方及其制备方法所制备的球型有机玻璃的主要性能可以满足深海潜器观察窗的要求。同时本技术通过循环温度固化工艺可实现预聚物固化更稳定更安全，合格率能大大提升，而传统恒温固化工艺容易在固化过程中产生气泡、反应失控等不良现象，反应较难控制。
[0054]
综上所述，本技术提供了一种球型有机玻璃的配方及其制备方法。本技术所制备的球型有机玻璃具有透光率高、硬度高、抗压性能好等特点。同时本技术的模具浇注完成后全程采用风浴方式固化，适于曲率较大的难以热弯成型的球型潜水器观察窗，海底观光船，另外，本技术还避开了传统组装模具在水浴中进行固化时拼接缝漏水的问题。
[0055]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求的保护范围内。