Введение к работе
Актуальность. Исследование спектрально-люминесцентных свойств и получение окрашенных оптически прозрачных полимеров является одним из важных направлений развития физи-ко-химии высокомолекулярных соединений.
В целом ряде областей применения от полимеров требуются строго определенные характеристики, например, оптические: прозрачность, коэффициент светопропускания, длина волны максимального поглощения и т. д. Способность преобразовывать энергию излучения одного спектрального состава в излучение с другим.спектральным составом также является важнейшим свойством окрашенных полимеров.
Известно, что наибольшее распространение из блочных акриловых полимеров имеет полиметилметакрилатное органическое стекло. Оно обладает рядом преимуществ и превосходит остальные пластмассы стойкостью к атмосферным влияниям и старению, малому водопоглощению. Прозрачность одна из характерных особенностей органического стекла, обуславливаю-дая его широкое применение. В настоящее время юлиметилметакрилатс флуоресцентными добавками применяется как сцинтилляционный материал для регистрации ионизи-эующего излучения в атомной энергетике. В последние годы 1ММА и его сополимеры нашли применение как новый класс эптических материалов для лазеров. Широкое применение окрашенного органического стекла требует разработки различ-(ых новых его модификаций с соответствующей разработкой ехнологии производства. Для этого необходимо изучение осо-іенностей протекания реакций полимеризации ММА в присут-:твии различных добавок красителей и люминофоров.
Об окрашивании акриловых полимеров в литературе можно стретить отрывочные сведения, ограничивающиеся, как прави-о, рекомендациями по выбору красителей. Крайне недоста-очно освещены такие важные вопросы как устойчивость расителей под действием света, тепла и перекисных инициато-ов полимеризации. При этом влияние количества и типа краси-елей на свойства и структуру окрашенного ПММА изучены едостаточно и фактически не учитываются. Между тем, можно ыло предположить, и некоторые опытные данные это подтвер-
ждают, что в ряде случаев органические красители могут оказывать определенное влияние на структуру и эксплуатационные свойства полимеров. Отсутствуют сведения о кинетике и механизме полимеризации МАЛА в присутствии красителей и люми-несцирующих добавок. В связи с этим весьма актуально детальное изучение влияния различных классов светофильтру-ющих и люминесцентных добавок на процесс полимеризации для нахождения оптимальных условий получения материала с заданным комплексом свойств.
Цель работы: Разработка основ синтеза окрашенных (мет)акриловых полимеров, предназначенных для преобразования и концентрации различных видов излучения.
Для достижения данной цели были решены следующие задачи:
выбор низкомолекулярных добавок:красителей и люминофоров;
установление влияния полимерной матрицы на спектрально-люминесцентные и фотохимические свойства добавок;
установление кинетических закономерностей полимеризации ММА в присутствии добавок;
- исследование спектрально-люминесцентных характери
стик полимеров в зависимости от химического строения люми
нофоров;
- оценка практической полезности и областей применения
синтезированных полимеров.
Научная новизна заключается в следующем: - в работе впервые на большом числе объектов проведены систематические исследования по выявлению влияния различных классов органических красителей на процесс полимеризации ММА;
определено влияние инициаторов различного типа нг структуру полимеров и спектральные характеристики красителей;
исследованы закономерности формирования ММР полимера;
разработаны методы структурно-модифицированногс ПММА с заданными оптическими свойствами;
' - радикальной сополимеризацией ММА с виниловыми мономерами люминофоров впервые получены сополимеры с разнообразными эксплуатационными характеристиками;
показаны преимущества метода химического фиксирования красителя в полимере по сравнению с объемным окрашиванием;
изучено влияние полимерной матрицы на спектрально-люминесцентные характеристики люминофоров.
Автор защищает научные положения:
полимеризация ММА в присутствии красителей и люминофоров сопровождается существенным изменением кинетики процесса;
в присутствии аминопроизводных красителей полимеризация ММА, инициированная пероксидными инициатирами, сопровождается образованием промежуточного высокореакционного комплекса;
- химическая фиксация красителей повышает светостой
кость и улучшает эксплуатационные свойства полимера.
Научно-практическая иенность:
Новым решением актуальной задачи ячилось создание по-пимерных материалов с требуемым комплексом оптических гвойств.
Показана перспективная возможность применения синтези-эованных материалов в качестве активных сред твердотельных іазеров, люминесцентных солнечных концентраторов, сцинтил-іяторов.
Выбраны оптимальные условия получения химически-моди-(>ицированного ПММА.
Выявленные закономерности и особенности полимеризации
присутствии красителей различных классов позволяют регули-
ювать процесс, эффективно и качественно решать технологи-
еские задачи по разработке окрашенного органического
текла с заданным комплексом свойств.
В условиях опытного производства НИИ полимеров изготов-ены опытно-промышленные партии окрашенного органическо-5 стекла для лазерной и сцинтилляционной техники. Материалы недрены в НПО "Зенит", г. Зеленоград и в ИФВЭ г. Протвино.
Объекты и методы исследования. Объектом исследовани* было органическое стекло на основе ПММА и сополимеры ММ^ с метакриловой кислотой (МАК), окрашенные красителями различных классов (азо-, антрахиноновыми, ксантеновыми, оксази новыми, кумариновими и т.д.).
Образцы для исследования получали методом блочной по лимеризации.Инициирование полимеризации проводили азо бис-изобутиронитрилом (АИБН), пероксидом бензоила (ПБ) і дициклогексилпероксидикарбонагом (ЦПК).
Кинетику полимеризации ММА в присутствии красителеі изучали термографическим и дилатометрическим методами.
Молекулярную массу полимера определяли вискозиметри чески, ММР-методом гель-проникающей хроматографии.
В работе использовали физико-химические методы анализа абсорбционную и люминесцентную спектроскопию в т.ч. свре менным разрешением, электронную микроскопию.
Личный вклад автора. Автор выполнил основную часть экс перимента, обработал полученные результаты, непосредствен но участвовал в разработке и внедрении в производство новы люминесцентных материалов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационно работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно технической конференции "Синтез и промышленное примене ние красителей"(1981г., г.Рубежное), на IV, V, VI Всесоюзны конференциях по органическим люминофорам и их примене нию в народном хозяйстве (1984, 1987, 1990 г.г., г.Харьков), н XXII Всесоюзной конференции по высокомолекулярным соед» нениям (1985 г., г.Алма-Ата), на Всесоюзной конференции п радикальной полимеризации (1989 г., г.Горький), на VII Всесою: ном координационном совещании по фотохимии лазерных ере (1990 г., г.Луцк), на II и III Всероссийских семинарах по гели( энергетике (1990, 1992 г.г., г. Геленджик), на конференции п оптическим полимерам (1991г., г.Ленинград), на научно-техні ческих конференциях и семинарах НИИполимеров им.академі ка В.А.Каргина.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 :татьи и 19 тезисов докладов, получены 16 авторских свидетельств и 3 положительных решения на заявки.
Структура и объем работы. Работа изложена на 181страни-
