Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів
Досліджено оптичні та адгезійні властивості УФ-затверджених акрилатних композицій, а також виміряно їхнє набрякання в органічних розчинниках. Одержані результати можна використати, вибираючи склад композицій для виготовлення реплік у виробництві оптичних носіїв інформації....
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Західний науковий центр НАН України і МОН України
2007
|
| Назва видання: | Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/73959 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів / І. Євчук // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 48-54. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-73959 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-739592015-02-03T14:32:57Z Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів Євчук, І. Хемія Досліджено оптичні та адгезійні властивості УФ-затверджених акрилатних композицій, а також виміряно їхнє набрякання в органічних розчинниках. Одержані результати можна використати, вибираючи склад композицій для виготовлення реплік у виробництві оптичних носіїв інформації. Optical and adhesion properties of UV-cured acrylic compositions as well as their swelling in organic solvents were investigated. The results obtained may be used when choicing composions for replicas of optical information carriers production. 2007 Article Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів / І. Євчук // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 48-54. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 1563-3569 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/73959 678.026 uk Праці наукового товариства ім. Шевченка Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хемія Хемія |
| spellingShingle |
Хемія Хемія Євчук, І. Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| description |
Досліджено оптичні та адгезійні властивості УФ-затверджених акрилатних композицій, а також виміряно їхнє набрякання в органічних розчинниках. Одержані результати можна використати, вибираючи склад композицій для виготовлення реплік у виробництві оптичних носіїв інформації. |
| format |
Article |
| author |
Євчук, І. |
| author_facet |
Євчук, І. |
| author_sort |
Євчук, І. |
| title |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| title_short |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| title_full |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| title_fullStr |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| title_full_unstemmed |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| title_sort |
властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів |
| publisher |
Західний науковий центр НАН України і МОН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Хемія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/73959 |
| citation_txt |
Властивості фотозатверджуваних композицій на основі акрилатних мономерів / І. Євчук // Праці Наукового товариства ім. Шевченка. — Л., 2007. — Т. XVIII: Хемія і біохемія. — С. 48-54. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
| series |
Праці наукового товариства ім. Шевченка |
| work_keys_str_mv |
AT êvčukí vlastivostífotozatverdžuvanihkompozicíjnaosnovíakrilatnihmonomerív |
| first_indexed |
2025-07-05T22:24:44Z |
| last_indexed |
2025-07-05T22:24:44Z |
| _version_ |
1836847500954173440 |
| fulltext |
УДК 678.026
Ірина ЄВЧУК
ВЛАСТИВОСТІ ФОТОЗАТВЕРДЖУВАНИХ
КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛАТНИХ МОНОМЕРІВ
Відділення фізико-хімії горючих копалин Інституту фізико-органічної хімії і
вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України
Досліджено оптичні та адгезійні властивості УФ-затверджених акрилат-
них композицій, а також виміряно їхнє набрякання в органічних розчин-
никах. Одержані результати можна використати, вибираючи склад ком-
позицій для виготовлення реплік у виробництві оптичних носіїв інформа-
ції.
Невпинне зростання потоку інформації зумовлює стрімкий розвиток
інформаційних технологій. Останніми роками активно розвиваються бага-
тошарові засоби оптичного запису, які дають змогу значно збільшити
інформаційні можливості порівняно з одношаровими дисками. Зокрема,
велика кількість досліджень присвячена розробці багатошарових флуо-
ресцентних носіїв інформації, для яких характерними є висока щільність
записування, контрастність і співвідношення сигнал-шум [1—5]. Високі
вимоги ставлять до рельєфонесучого шару. Матеріал репліки повинен
мати стійкість до розчинників, які використовують для утворення інфор-
маційного шару, бути оптично прозорим і однорідним. Важливими пара-
метрами матеріалів для рельєфоутворюючих шарів є також здатність
легко відділятись від нікелевої матриці (зусилля відриву репліки від
гладкої, без мікрорельєфу, поверхні матриці має становити 0.02 кГ/см2) і
водночас висока адгезія до скляного або пластмасового підкладу. Зусилля
відриву затвердженої плівки компаунда від пластмасової і скляної по-
верхні повинно становити не менше 5 кГ/см2.
Як матеріали для виготовлення реплік використовують моно- або по-
ліфункціональні мономери й олігомери з ненасиченими зв’язками: вініль-
ні мономери, поліфункціональні вінільні олігомери, ненасичені поліефіри,
дієнові олігомери [6].
Щоб підібрати оптимальний склад композиції для забезпечення най-
кращої адгезії репліки до пластмасового підкладу, провели вимірювання
адгезії плівок, виготовлених з різних полімерів акрилового ряду. Вибір
диакрилатів зумовлений їхньою високою реакційною здатністю при фо-
тополімеризації. Плівки одержували методом фотополімеризації рідкого
компаунда, нанесеного на тверду основу, розташовану на роторі центри-
фуги (так званий метод spin-coating). Цей метод застосовують у масово-
му виробництві, оскільки він забезпечує високу продуктивність і точність
ВЛАСТИВОСТІ ФОТОЗАТВЕРДЖУВАНИХ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛАТНИХ... 49
копіювання мікрорельєфу. Товщина плівок становила 100—120 мкм, діа-
метр – 20 мм. Адгезію плівок характеризували міцністю на відрив за-
тверджених композицій на приладі Тiratest 2200 R 7/90.
Одержано такий результат: для всіх плівок, виготовлених з диакрила-
тів – тетраметилендиакрилату (ТМДА), гексаметилендиакрилату (ГМДА),
диетиленглікольдиакрилату (ДЕГДА) – і метакрилату 4, 7, 9, 12, 15, 17,
20-гептаокса-2,22-диметил-1,22-трикозадієн-3,8,16,21-тетраону (ОКМ-2),
зусилля відриву перевищувало 60 кг/см2, що узгоджується з уявленнями
про реалізацію високої адгезійної міцності за рахунок адсорбції полярних
груп акрилатної складової полімеру до субстрату подібної природи.
Для оцінки величини адгезії полімерних плівок до твердих субстратів
звичайно застосовують термодинамічний підхід [7—10]. Як відомо [11], го-
ловною умовою високої адгезії вважається добра змочуваність твердої
поверхні полімером. Величина крайового кута змочування твердої по-
верхні полімером є об’єктивною характеристикою змочування, оскільки
визначається в’язкістю рідини, яка суттєво впливає на заповнення мікро-
тріщин і щілин, витіснення бульбашок повітря з поверхні.
Термодинамічну роботу адгезії полімеру до поверхні можна обчислити
за рівнянням Дюпре-Юнга
Wа = σ (1 + cos θ), (1)
де σ – поверхневий натяг полімеру;
cos θ – крайовий кут змочування.
Поверхневий натяг полімерів ми вважали за доцільне визначити за
допомогою рефрактометричного методу. Цей метод вважають сьогодні
найбільш фізично обгрунтованим, у чому переконує зіставлення знайде-
них з рефрактометричних даних значень σ для великої кількості поліме-
рів з багатьма їхніми параметрами: діелектричною проникністю, мольною
енергією когезії, величиною ван-дер-ваальсівського об’єму макромолекул
і ін. [12, 13]. Коефіцієнти кореляції характеризувались високими значен-
нями.
У [14] запропоновано спрощений вираз для обчислення поверхневої
енергії
σ = 286 ((n2—1)/(2n2+2)) — 28.6 (2)
де n – показник заломлення речовини.
Обчислені за допомогою (2) і визначені експериментально значення
роботи адгезії при нанесенні полімерів на скляний підклад наведено в
табл. 1.
Відсутність достатньо доброї кореляції між розрахованою термодина-
мічною роботою адгезії і адгезійною міцністю можна пояснити складністю
врахування численних факторів, вплив кожного з яких на адгезію полі-
мерів детально поки-що не з’ясовано.
Міцність адгезійного зчеплення може бути значно посилена шляхом
введення в матрицю речовин, які утворюють додаткову сітку зв’язків
між субстратом і полімером. З цією метою в полімеризаційну систему на
стадії полімеризації вводили поліефірну ненасичену смолу ПН-15 і епок-
сидіанову смолу ЕД-20 в кількості від 10 до 80 %. Одержані дані з вимі-
рювання зусилля відриву плівок, утворених фотозатвердженням компо-
зицій зазначеного складу, показано на графіку (рис. 1).
50 ІРИНА ЄВЧУК
Таблиця 1
Адгезія полімерів до скляної поверхні
Полімер
Експ. Wа,
кГ/см2
Показник
заломлення nD
20 сos θ σ,
мН/м
Wа,
кГ/см2
ТМДА 25.2 1.4565 0.8970 22.5940 42.8610
ГМДА 35.7 1.4575 0.9682 22.7656 44.8073
ДЕГДА 28.4 1.4581 0.9121 22.4510 42.9286
ОКМ-2 30.3 1.4623 0.9038 23.2804 44.3212
0 20 40 60 80 100
20
40
60
80
100
120
140
160
180
ТМДА+EД-20
ТМДА+ПН-15
W
a,
кГ
/
см
2
C, % мас
Рис. 1. Зусилля відриву фотополімерних плівок від скляної поверхні.
Як видно, при додаванні до полімерної композиції поліефірної ненаси-
ченої смоли ПН-15 адгезія одержаної плівки до скла збільшується у
всьому діапазоні концентрацій. Якщо вміст смоли становить 40 %, то
адгезійна міцність збільшується в ~2 рази порівняно з чистим полімером.
Це можна пояснити високою міцністю зшивки, що характеризується на-
явністю фізичної та хімічної сітки. Фізична сітка забезпечує перерозпо-
діл механічних напруг в об’ємі полімеру в процесі деформування [15]. У
цьому, очевидно, і полягає причина високих міцнісних властивостей
одержаних полімерних композицій.
Інша картина простежується при додаванні епоксидіанової смоли ЕД-
20. У цьому випадку спостерігаємо послаблення адгезії зі збільшенням
вмісту епоксидної смоли в композиції. Відомо, що фізико-механічні влас-
тивості композитів визначаються їхньою структурою. Тому була зробле-
на спроба оцінити густоту зшивки епоксиакрилового полімеру по зміні
маси зразків одержаних композицій в ацетоні. Одержані дані наведено в
табл. 2. Простежується зменшення маси зразків у першу і другу добу,
що свідчить про деструктивні процеси в матеріалі. Очевидно, у цьому ви-
падку формується більш неоднорідна полімерна структура і при кімнат-
ній температурі відбувається часткове руйнування фізичної сітки – в
ВЛАСТИВОСТІ ФОТОЗАТВЕРДЖУВАНИХ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛАТНИХ... 51
розчин вимиваються хімічно незв’язані молекули. Як відомо [15], внаслі-
док великої кількості хімічних і фізичних зв’язків у системі збільшується
жорсткість полімеру, знижується мобільність полімерних ланцюгів, що
перешкоджає адсорбції полярних груп на поверхні. Це і визначає зни-
ження адгезійних характеристик одержаної плівки.
Таблиця 2
Зміна маси зразків композицій (в % до поч. маси) в ацетоні
№ за пор. Склад композиції Перша доба Друга доба
1 ТМДА+10%ЕД-20 1.8 1.9
2 ТМДА+20%ЕД-20 2.1 3.4
3 ТМДА+40%ЕД-20 7.8 8.1
4 ТМДА+60%ЕД-20 15.7 17.1
5 ТМДА+80%ЕД-20 21.5 25.4
Отож, достатня адгезійна міцність цих композицій до скляної поверхні
забезпечує можливість виготовлення репліки на підкладах з цих матеріа-
лів і експлуатаційну надійність готових дисків.
Фотополімерна композиція для виготовлення репліки оптичних дисків
повинна мати добрі оптичні характеристики в рідкому та затверділому
стані. Компаунд не повинен розсіювати світло, коефіцієнт заломлення го-
тової репліки повинен перебувати в межах 1.51 ± 0.2. Подвійне промене-
заломлення репліки у діапазоні довжин хвиль 0.6 — 0.9 мкм повинно ста-
новити не більше 50 нм/мм.
Показник заломлення диакрилатів вимірювали за допомогою рефрак-
тометра ИРФ-454Б. Одержані дані та розраховані для цих диакрилатів
значення молярної рефракції наведено в табл. 3. Також виміряно оптичні
характеристики композицій диакрилатів із смолами ЕД-20 і ПН-15 в рідко-
му стані і одержаних УФ-затвердженням плівок з додаванням 1 % фотоіні-
ціатора – 2,2-диметоксі-1,2-дифенілетан-1-ону (IRGACURE 651) (табл. 4, 5).
Таблиця 3
Оптичні характеристики диакрилатних мономерів
№
за пор.
Мономер Показник заломлення,
ND
20
Молярна рефракція,
R (м3моль-1)
1 ТМДА 1.4565 51.6
2 ГМДА 1.4575 61.3
3 ДЕГДА 1.4588 63.5
4 ДПГДА 1.4503 62.4
З наведених даних видно, що показники заломлення композицій збіль-
шуються із збільшенням вмісту епоксидної смоли, однак, для фотозатверді-
лих композицій перебувають у допустимих межах. Аналогічні результати
одержали для композицій з поліефірною ненасиченою смолою ПН-15. По-
двійне променезаломлення плівок, одержаних УФ-затвердженням компози-
цій, вимірювали за допомогою полярископа-поляриметра ПКС-250М, не пе-
ревищувало 50 нм/мм.
52 ІРИНА ЄВЧУК
Таблиця 4
Оптичні характеристики фотокомпозицій ГМДА з ЕД-20
Показник заломлення, nD
20 №
за
пор.
Склад композиції
До фотозатвердження Після фотозатвердження
1 ГМДА 1.4575 1.5031
2 ГМДА+10%ЕД-20 1.4685 1.5067
3 ГМДА+20%ЕД-20 1.4725 1.5090
4 ГМДА+40%ЕД-20 1.4885 1.5105
5 ГМДА+60%ЕД-20 1.4942 1.5120
6 ГМДА+80%ЕД-20 1.5010 1.5130
Таблиця 5
Оптичні характеристики фотокомпозицій ТМДА з ЕД-20
Показник заломлення, nD
20 №
за
пор.
Склад композиції
До фотозатвердження Після фотозатвердження
1 ТМДА 1.4565 1.5081
2 ТМДА+10%ЕД-20 1.4622 1.5097
3 ТМДА+20%ЕД-20 1.4660 1.5112
4 ТМДА+40%ЕД-20 1.4797 1.5125
5 ТМДА+60%ЕД-20 1.4980 1.5138
6 ТМДА+80%ЕД-20 1.5015 1.5193
Оскільки плівки-репліки можна використовувати у виробництві бага-
тошарових оптичних дисків, то виміряли подвійне променезаломлення 4
— 6 реплік, накладених одна на одну. Подвійне променезаломлення тако-
го “блоку” також становило 50 нм/мм, що відповідає вимогам до реплік.
Важливо було також дослідити хімічну стійкість цих композицій до дії
органічних розчинників – їх можна використовувати під час нанесення
на репліку інформаційного шару.
Дію розчинників вивчали при двох температурах – 20°С і 50°С. Попе-
редньо виготовлені дископодібні зразки фотозатверділої композиції
(ТМДА + 20 % ЕД-20) товщиною 400—500 мкм і вагою ~ 0.1 г поміщали в
закриті бюкси і термостатували. Зразки зважували на електричній вазі з
точністю до ± 0.0002 г. Одержані результати з набрякання полімерної
композиції в різних розчинниках подано в табл. 6.
Відомо, що властивості сітчастих полімерів визначаються структурою
та регулярністю полімерної сітки, хімічною природою блоків полімеру і
частотою розташування хімічних і фізичних вузлів [14, 15]. У [16] наведе-
но дані, які засвідчують, що зі збільшенням епоксидного мономера у ко-
полімері набрякання зменшується, що пояснюють збільшенням частки
гідрофобного мономера, а також кращою упаковкою ланок кополімеру.
Очевидно, що у нашому випадку при набряканні епоксіакрилатної
композиції при кімнатній температурі не вдається повністю зруйнувати
її фізичну сітку, полімер характеризується високим ступенем зшивки у
ВЛАСТИВОСТІ ФОТОЗАТВЕРДЖУВАНИХ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛАТНИХ... 53
зв’язку з наявністю хімічної і фізичної сіток. Цим можна пояснити малий
ступінь набрякання цієї полімерної композиції у згаданих розчинниках. У
розчинниках 1,4-діоксан, гексан, толуол, бензол, циклогексан, циклогек-
санол, циклогексонон, ізопропіловий спирт, формамід, мета-ксилол, бути-
ловий ефір акрилової кислоти набрякання зразків полімерної композиції
не простежували протягом трьох діб. Запропонований вміст епоксидної
складової в фотополімерній композиції забезпечує хімічну стійкість ма-
теріалу до багатьох розчинників, які можуть бути рекомендовані для за-
стосування при нанесенні інформаційних шарів
Таблиця 6
Набрякання фотополімерної композиції (ТМДА + 20 % ЕД-20) в органічних розчинниках
Приріст маси зразка, (%)
Перша доба Друга доба Третя доба
№
за
пор.
Розчинники
20°С 50°С 20°С 50°С 20°С 50°С
1 Ацетон 2.1 2.4 3.4 6.0 2.3 7.1
2 Хлороформ 0.3 3.8 2.2 15.8 10.6 22.6
3 Диметил-
сульфоксид
0.2 2.0 0.8 2.4 2.9 4.2
4 Диметил-
формамід
0.1 0.4 0.5 7.7 2.2 10.1
5 Етилацетат 0.9 1.1 1.6 1.8 2.2 2.6
6 Трихлоретилен 0.3 0.5 0.6 0.9 1.2 2.0
7 Бутилацетат 0.4 0.7 1.3 1.6 2.7 3.5
8 Ацетофенон 0.4 0.4 0.7 0.8 1.2 1.5
Отож, на основі диакрилатів може бути підібраний склад фотополі-
мерних композицій з набором потрібних адгезійних та оптичних власти-
востей, а також хімічною стійкістю до багатьох розчинників, що допомо-
же використовувати їх для виготовлення матеріалу реплік, записуючи
оптичну інформацію на багатошарових дисках.
ЛІТЕРАТУРА
1. Патент WO 00/05624 (G03C 1/73, G11B 7/24), опубл. 03.02.2000.
2. Патент US 6,027,855 , опубл. 22.02.2000.
3. Патент US 6,338,935B1, опубл. 15.01.2002.
4. Патент WO 02/11050A2 (G06K), опубл. 07.02.2002.
5. Патент WO 02/47012A2 (G06K), опубл. 13.06. 2002.
6. Рот А.С., Цюпко Ф.І. і ін. Лакофарбові матеріали. – 1987. №5. С. 15-17.
7. Ліпатов Ю.С. Фізико-хімія наповнених полімерів. – К.: Наук. думка, 1967.
8. Ліпатов Ю.С., Мишко В.І. Про зв’язок адгезії з термодинамічними парамет-
рами полімерів // Високомолек. спол. Сер.А. – 1974. – Т. 16, № 5. –
С. 1148 — 1151.
54 ІРИНА ЄВЧУК
9. Берлін А.А., Басін В.Є. Основи адгезії полімерів. – М.: Хімія, 1974.
10. Ліпатов Ю.С. Міжфазні явища в полімерах. – К.: Наук. думка, 1980.
11. Вакула В.Л., Притикін Л.М. Фізична хімія адгезії полмерів. – М.: Хімія, 1984,
С. 45.
12. Пугачевич П.П., Жалсатон Б.В. // Журн. фіз. хімії. – 1982. – Т. 56, № 3. –
С. 764.
13. Papazian H.A. // J. Amer. Chem. Soc. – 1971. – № 22. – P. 5634 — 5636.
14. Іржак В.І., Розенберг Б.А., Єніколопян Н.С. Сітчаті полімери. – М.: Наука,
1979.
15. Берлін А.А., Корольов Г.В., Кефелі Т.Я. та ін. Акрилатні олігомери і матеріа-
ли на їх основі. – М.: Хімія, 1983.
16. Артюхов А.А., Шпільман М.І. // Пластичні маси. – 2002. – №9. – С. 32—37.
SUMMARY
Iryna YEVCHUK
PROPERTIES OF PHOTOCURED COMPOSITIONS ON THE BASIS OF ACRYLATES
Department of Physical Chemistry of Combustible Minerals L. M. Lytvynenko Institute of
Physico-Organic Chemistry and Coal Chemistry of the NAS of Ukraine
Optical and adhesion properties of UV-cured acrylic compositions as well as their swelling
in organic solvents were investigated. The results obtained may be used when choicing
composions for replicas of optical information carriers production.
|