Полимерный материал для записи фазовых голограмм

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАПИСИ ФАЗОВЫХ ГОЛОГРАММ(71) Заявитель Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(72) Авторы Круль Леонид Петрович Матусевич Юрий Иванович Бутовская Галина Васильевна Якимцова Людмила Борисовна Егорова Елена Леонидовна Матусевич Андрей Юрьевич(73) Патентообладатель Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(57) Полимерный материал для записи фазовых голограмм, включающий акриловый сополимер и 9,10-фенантренхинон, отличающийся тем, что в качестве акрилового сополимера содержит сополимер метилметакрилата с акриловой или метакриловой кислотой,содержащий 15-35 указанной кислоты, при следующем соотношении компонентов,мас.акриловый сополимер 94,2-94,5 9,10-фенантренхинон 5,5-5,8. Изобретение относится к полимерным фоторегистрирующим материалам, использующимся в условиях повышенных температур. Известен полимерный материал, представляющий собой композицию полиметилметакрилата с 9,10-фенантренхиноном, использующийся для записи фазовых голограмм 1. Композицию получали растворением 9,10-фенантренхинона в метилметакрилате с добавлением инициатора. Полученный раствор помещали в формы и полимеризовали при повышенной температуре. Недостатком данной композиции является то, что при переработке в условиях повышенных температур в процессе формования промышленного продукта полиметилметакрилат разлагается с потерей массы при работе в условиях повышенных температур композиция не держит форму, вследствие чего записанная в материале голограмма становится нестабильной и впоследствии разрушается композиция имеет довольно низкую адгезию к силикатному стеклу. Известен способ повышения устойчивости голографического материала к воздействию повышенных температур, который предусматривает использование в качестве по 15381 1 2012.02.28 лимерной основы сополимера метилметакрилата с полярными акриловыми сомономерами 2. В качестве полярных сомономеров могут использоваться простые и сложные эфиры акриловой и метакриловой кислот. Полученные композиции обладают устойчивостью к разложению при переработке в условиях повышенных температур, инертностью к химическим агентам, высокой оптической емкостью. Однако указанные композиции не держат форму при переработке в условиях повышенных температур адгезия к силикатному стеклу не улучшается. Задачей настоящего изобретения является разработка полимерного материала для записи фазовых голограмм, обладающего повышенной формоустойчивостью и адгезией к силикатному стеклу. Поставленная задача решается тем, что голографический материал, включающий акриловый сополимер и 9,10-фенантренхинон, в качестве акрилового сополимера содержит сополимер метилметакрилата с акриловой кислотой или метакриловой кислотой в количестве 15-35 указанной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.акриловый сополимер 94,2-94,5 9,10-фенантренхинон 5,5-5,8. Синтез сополимеров осуществляют радикальной блочной сополимеризацией. В качестве инициатора используют 2,2-азо-бис-изобутиронитрил в количестве 0,3 от массы сомономерной смеси. Содержание акриловой или метакриловой кислоты в сомономерной смеси со варьируют от 15 до 35 . Сополимеризацию проводят при температуре 60-70 С в течение 5-6 ч. 9,10-Фенантренхинон вводят в 10 раствор сополимера. В качестве растворителя для сополимера метилметакрилата с акриловой кислотой выступает диметилформамид, для сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой - спирто-ацетоновая смесь. Для получения полимерного материала для записи фазовых голограмм формируют полимерные пленки толщиной до 200 мкм поливом полученного раствора на стеклянную подложку с последующей сушкой в течение 6-12 часов при температуре 45-70 С. Характеристическим показателем формоустойчивости сополимера является температура течения , которую определяют термомеханическим анализом. Термомеханический анализ проводят в воздушной среде методом пенетрации при скорости нагревания 5 С/мин. Давление на образец составляет 0,59 МПа. Образец полимера диаметром 0,5 см и толщиной до 200 мкм помещают под шток из инварового сплава и нагревают до 100 пенетрации. Для оценки температуры течения строят кривые зависимости относительной деформации продавливания от температуры. Адгезионные характеристики оценивают по величине разрушающего напряжения усд при сдвиге полимерного адгезива относительно субстрата (силикатное стекло). Образец для испытаний представляет собой пластину стекла шириной 10 мм и длиной 80 мм, соединенную односторонне внахлест композицией сополимера с 9,10-фенантренхиноном при высушивании из раствора с полосой стеклоткани такого же размера с площадью склейки 100 мм 2. Перед испытанием стеклоткань для увеличения ее прочности дублируют с двух сторон скотчем до места склейки. Испытания проводят на разрывной машине по ГОСТ 14759-69. Таблица 1 Термические и адгезионные параметры полимеров, использующихся в качестве основы голографического материала усд,Полимер, С МПа Прототип полиметилметакрилат 168 0,35 159 0,31 Прототип поли(метилметакрилат-со-этилметакрилат),15148 0,28 Прототип поли(метилметакрилат-со-этилметакрилат),352, С МПа 164 0,36 Прототип поли(метилметакрилат-со-изо-пропилметакрилат),15151 0,39 Прототип поли(метилметакрилат-со-изо-пропилметакрилат),35212 2,15 Поли(метилметакрилат-со-акриловая кислота),15210 2,28 Поли(метилметакрилат-со-акриловая кислота),35221 0,75 Поли(метилметакрилат-со-метакриловая кислота),15238 0,90 Поли(метилметакрилат-со-метакриловая кислота),35 Основным критерием формоустойчивости является способность композиции сохранять записанную в ней голограмму в условиях повышенных температур. Данный параметр оценивают по значению эффективности дифракции дифракционной решетки,записанной в полимерной композиции, при температурах, соответствующих температурному диапазону переработки сополимера при формовании промышленного продукта. Исследование формоустойчивости проводится при температурах 120-200 С. Эффективность использования сополимеров метилметакрилата с акриловой или метакриловой кислотой в качестве основы для голографического материала подтверждается примерами. Пример 1 Готовят раствор 0,49 г сополимера метилметакрилата с акриловой кислотой(15 ), полученного термической сополимеризацией, и 0,03 г 9,10-фенантренхинона в 5 мл диметилформамида и тщательно перемешивают. Раствор выливают на стеклянную подложку и сушат в термошкафу при температуре 65 С в течение 12 ч. Дифракционные решетки записывают в полимерной композиции по симметричной схеме в попутных пучках аргонового лазера, длина волны которого составляет 514,5 нм, что соответствует длинноволновой абсорбции 9,10-фенантренхинона. Для воспроизведения решеток используют гелий-неоновый лазер длина волны равняется 633 нм. Угол освещенности решетки соответствует максимальной эффективности дифракции. Эффективность дифракции решеткиопределяют как вых 100, вх где вых и вх - интенсивность дифракционной составляющей выходящего и падающего пучка соответственно. Для корректного сравнения термического поведения исследуемых систем используют нормализованные величины эффективности дифракции/. Пример 2 Готовят раствор 0,49 г сополимера метилметакрилата с акриловой кислотой(35 ), полученного термической сополимеризацией, и 0,03 г 9,10-фенантренхинона в 5 мл диметилформамида и тщательно перемешивают. Приготовление полимерных пленок,запись дифракционных решеток, определение эффективности дифракции при различных температурах проводят аналогично примеру 1. Пример 3 Готовят раствор 0,414 г сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой(15 ), полученного термической сополимеризацией, и 0,025 г 9,10-фенантренхинона в 4 мл ацетона и 1 мл этилового спирта и тщательно перемешивают. Раствор выливают на стеклянную подложку и сушат в термошкафу при температуре 45 С в течение 12 ч. Запись дифракционных решеток, определение эффективности дифракции при различных температурах проводят аналогично примеру 1. 3(35 ), полученного термической сопопимеризацией, и 0,025 г 9,10-фенантренхинона в 3 мл ацетона и 2 мл этилового спирта и тщательно перемешивают. Приготовление полимерных пленок осуществляют аналогично примеру 3. Запись дифракционных решеток,определение эффективности дифракции при различных температурах проводят аналогично примеру 1. Пример 5 Готовят раствор 0,656 г полиметилметакрилата. полученного термической сополимеризацией, и 0,039 г 9,10-фенантренхинона в 5 мл 1,2-дихлорэтана и тщательно перемешивают. Приготовление полимерных пленок, запись дифракционных решеток, определение эффективности дифракции при различных температурах проводят аналогично примеру 1. Таблица 2 Нормализованная эффективность дифракции в голографическом материале различного состава при различных температурах Номер примера 200 1 0,61 0,48 0,27 0,15 2 0,57 0,46 0,24 0,19 0,13 3 0,81 0,74 0,21 0,11 4 0,42 0,63 0,32 0,14 5 (прототип) 0,64 0,52 0,18- решетка не фиксируется. На основании данных, приведенных в табл. 1 и 2, видно, что заявленный по примерам 1-4 материал обладает высокой формоустойчивостью при сохранении достаточных для работы оптических свойств. Установлено, что при содержании акриловой или метакриловой кислоты менее 15 в сополимере, на основе которого изготавливают голографический материал, ухудшаются термические и адгезионные свойства сополимера при содержании акриловой или метакриловой кислоты более 35 в сополимере значительно ухудшаются оптические свойства голографического материала. Источники информации 1.,.,.,.- ( )//. - 1998. - . 23. - . 1310-1312. 2.7129008 2, МПК 03 1/04, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4