Способ получения поляроидных пленок для видимой области спектра

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЯРОИДНЫХ ПЛЕНОК ДЛЯ ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА(73) Патентообладатель Институт физикоорганической химии АН Беларуси, Научнопроизводственное предприятие Синтем,Научно-производственное предприятие Дисплей(57) Способ получения поляроидных пленок для видимой области спектра путем приготовления композиции,содержащей поливиниловый спирт и воду, отлива пленки, ее сушки, окрашивания в водном растворе, содержащем калий йодистый, борирования, одноосного растяжения и термообработки, отличающийся тем,что в композицию для отлива пленки дополнительно вводят калий йодистый, калий бромистый, борную кислоту, тетраборат натрия и диметилформамид при следующем соотношении компонентов, мас. поливиниловый спирт 8-15 К 0,04-0,1 0,04-0,06 0,1-0,2 33 0,05-0,1 247 диметилформамид 4-10 вода остальное,для окрашивания пленки используют раствор, дополнительно содержащий калий хлористый, персульфат аммония, сульфат меди и серную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. КС 17-20 К 0,02-0,04 0,2-0,4(4)228 0,2-0,4 СО 4 0,3-1,0 24 вода остальное,а после борирования пленку обрабатывают в растворе, содержащем борную кислоту, калий йодистый,кадмий йодистый, цинк хлористый и соляную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. 33 К Изобретение относится к технологии производства пленочных поляроидов, используемых в жидкокристаллических устройствах отображения информации, в частности к способам получения поляроидных пленок для видимой области спектра на основе полииодидов поливинилового спирта. Известны способы получения поляроидных пленок (ПП) на основе полииодидов поливинилового спирта 1. По этим способам процесс изготовления ПП включает следующие стадии а) приготовление исходной композиции для отлива пленки путем растворения поливинилового спирта (ПВС) и специальных добавок в растворителе, б) формование жидкой пленки на твердой поверхности и ее сушка, в) окрашивание пленки, заключающееся во введении в пленку поляризующего агента - иода (2), г) одноосное растяжение (ориентирование) пленки. В результате операций (а)-(г) ПП представляет собой одноосноориентированную поливинилспиртовую пленку, содержащую в качестве агента поляризации дихроичный комплекс иода и ПВС. В качестве растворителей предложено использовать воду, одноатомные и многоатомные спирты, диметилсульфоксид, диметилформамид и смеси этих соединений. Окрашивание пленки достигается ее погружением в раствор,содержащий молекулярный иод и его соединение (чаще всего калий иодистый (К. Одноосное растяжение пленки проводится до или после стадии окрашивания. Полученные таким способом ПП обладают требуемыми оптическими характеристиками, однако нестабильны в условиях повышенных температур и влажности. Дополнительная обработка окрашенной поливинилспиртовой пленки раствором борной кислоты(Н 3 ВО 3) и/или тетрабората натрия (247 ) повышает термо- и влагостойкость ПП. Поэтому процесс окрашивания пленки дополняют стадией борирования (погружение пленки в борсодержащий раствор). С этой же целью ПП выдерживают при повышенной температуре (стадия термофиксации). Наиболее близким к предлагаемому способу получения поляроидной пленки на основе полииодидов ПВС является способ изготовления ПП по 2. Согласно этому изобретению готовят композицию для отлива пленки, представляющую собой 2-35-ный раствор ПВС в смеси диметилсульфоксида и воды, взятых в объемном соотношении 955. Агент поляризации - молекулярный иод вводят или в исходную композицию, или в полученную из нее пленку, окрашивая последнюю в растворе, содержащем 0,001-3 м. 2 и 0,005-15 мас. К. В первом случае готовят композицию, добавляя в раствор ПВС 0,2-0,3 мас. 2. Пленку получают выдавливанием раствора полимера через щелевидную фильеру или опусканием жидкого слоя, нанесенного на полиэтилентерефталатный лист, в ванну с коагулирующим веществом (метанол, этанол, пропанол,изопропанол, бутанол). После этого пленку высушивают и одноосно растягивают. Во втором случае пленку получают аналогичным способом из композиции, не содержащей 2. Окрашивание проводят при комнатной температуре в иодсодержащем растворе, при этом время контакта пленки с раствором определяется концентрацией 2 и К в воде чем ниже концентрация, тем длительнее время нахождения пленки в растворе. Окрашенную пленку одноосно растягивают. В обоих случаях после растяжки пленку обрабатывают при комнатной температуре 3-ным водным раствором Н 3 ВО 3, промывают водой и высушивают при 65 С. Недостатком способа является необходимость применения для получения сухой пленки коагулирующих растворов, поскольку предлагаемый растворитель - смесь диметилсульфоксида и воды делает практически невозможным высыхание жидкой пленки при умеренных температурах. Кроме того, окрашивание пленки путем введения 2 в исходную композицию или погружение пленки в иодсодержащий раствор дает плохо воспроизводимые результаты, что выражается в появлении пятен и полос. Задачей изобретения является разработка такого способа получения поляроидных пленок на основе полииодидов поливинилового спирта, который позволил бы получить пленки более высокого качества с хорошими оптическими характеристиками. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения поляроидных пленок для видимой области спектра путем приготовления композиции на основе ПВС, содержащей воду, отлива пленки,ее сушки, окрашивания в водном растворе, содержащем К, борирования, одноосного растяжения и термо 2(ДМФА) при следующем соотношении компонентов (мас.) ПВС 8-15 К 0,04-0,1 К 0,04-0,05 Н 3 О 3 0,1-0,2 247 0,05-0,1 ДМФА 4-10 Вода остальное,окрашивание пленки проводят в растворе, дополнительно содержащем хлористый калий (КС 1), персульфат аммония Н 4)228), сульфат меди (С 4) и серную кислоту (24) при следующем соотношении компонентов (мас.) КС 1 17-20 К 0,02-0,04(Н 4)228 0,2-0,4 4 0,2-0,4 24 0,3-1,0 Вода остальное,а после стадии борирования пленку дополнительно обрабатывают в растворе, содержащем Н 3 О 3, К,кадмий йодистый (2), цинк хлористый (2) и соляную кислоту (НС 1) при следующем соотношении компонентов (мас.) Н 3 О 3 6-8 К 1,1-2,2 2 1,1-2,2 2 2,2-4,4 0,04-1,0 Вода остальное. В предлагаемом способе композиция для отлива пленок позволяет сформировать на стеклянных поверхностях жидкие поливинилспиртовые пленки, которые быстро высыхают при умеренных температурах (2226 С) и не требуют применения коагулирующих растворов. Добавка ДМФА пластифицирует пленку и благоприятствует ее одноосному растяжению на стадии ориентирования. Добавка Н 3 О 3 и 247 играет роль желирующих агентов, которые повышают вязкость композиции и позволяют отливать пленки на поверхности стекла при указанном содержании ПВС в композиции. Добавка КВ придает пленке дополнительную пластичность. Количественные соотношения компонентов в композиции определяют цель изобретения. Содержание ПВС выбрано, исходя из требуемой толщины (100-200 мкм) сухой пленки, направляемой на окрашивание. При количестве ПВС менее 8 мас. образуются очень тонкие пленки, а из растворов, концентрация которых более 15 мас. образуются толстые, плохо растягивающиеся пленки. Выбор содержания ДМФА в композиции обусловлен тем, что введение его в водный раствор ПВС свыше 10 мас. замедляет процесс высыхания пленки, а добавка менее 4 мас. ухудшает способность пленки к растяжению. Добавки К, КВ, Н 3 О 3 и 247 в количествах ниже минимальных значений не дают положительного эффекта, а при введении их свыше максимальных пределов снижается светопропускание пленок. В предлагаемом способе получения поляроидных пленок агент поляризации - молекулярный иод образуется в результате окисления иодид ионов персульфатом аммония как в растворе окрашивания, так и непосредственно в объеме пленки. Присутствующие в пленке иодид ионы способствуют связыванию 2 в полииоидные цепочки, которые располагаются между полимерными молекулами, образуя дихроичный комплекс ПВС-2. Такой процесс окрашивания протекает равномерно по всему объему пленки, и в результате получаются ПП с ровной серо-голубой окраской. Окислениеперсульфатом аммония требует кислой среды, поэтому в раствор добавляется серная кислота. Соли КС 1 и 4 играют роль стабилизаторов образующегося комплекса ПВС-2. Кроме того, значительное содержание солей в растворе препятствует растворению ПВС в ходе химической обработки пленки. Дополнительная обработка пленки после борирования в растворе, содержащем Н 3 О 3, К, 2, 2 и Н, усиливает и стабилизирует окраску пленки. При этом происходит удаление с поверхности пленки непрореагировавшего персульфата аммония. Выбранный диапазон концентраций компонентов в обоих растворах обусловлен тем, что именно он позволяет создать оптимальные условия выделения 2 и его внедрения в пленку. Использование концентраций компонентов ниже и выше указанных пределов приводит, как правило, либо к увеличению светопропускания 1706 1 ПП (76,3-86,4) при падении их поляризующей способности (87,3-94,3), либо к увеличению поляризующей способности (94,3-98,1) при низком светопропускании (68,8-75,7) соответственно. Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого изобретения является изменение состава композиции для отлива поливинилспиртовой пленки путем введения в водный раствор ПВС калия бромистого, борной кислоты, тетрабората натрия и диметилформамида, а также изменение процесса окрашивания иодом поливинилспиртовых пленок и дополнительная обработка пленки после ее борирования в растворе,содержащем Н 3 О 3, К, 2, 2,и 2. Для испытания на термо- и влагостойкость ПП заклеивают с двух сторон триацетатцеллюлозной пленкой с помощью клея из ПВС. Оптические характеристики - светопропускание в области 400-700 нм в параллельном (11) и скрещенном состояниях (Т 1) определяют с помощью спектрального комплекса КСВУ-12, снабженного поляризационной призмой. Коэффициент поляризациирассчитывают по формуле-60 С и 60 С выдержка ПП в течение 10 суток при 40 С и относительной влажности 952 . Изобретение иллюстрируют следующие примеры. Пример 1. К 8 г ПВС добавляют 93 г дистиллированной воды и оставляют набухать в течение 10-12 ч. Затем смесь нагревают на кипящей водяной бане при непрерывном перемешивании. Через 3 ч после начала нагрева последовательно вводят 2 мл 2-ного водного раствора , 1 мл 4-ного водного раствора Н 3 О 3,1,8 мл 2-ного водного раствора 247 и 4 г (5,4 мл) ДМФА с интервалом в 15 мин. Смесь продолжают нагревать и перемешивать в течение 3 ч, после чего горячий раствор фильтруют через многослойный батистовый фильтр и оставляют на деаэрацию. Через 12-15 ч отливают пленку на полированной поверхности стекла. Стеклянную подложку помещают в бокс с непрерывным обменом воздуха и температурой 24-26 С. Сухую пленку погружают последовательно на 1 мин в раствор окрашивания, нагретый 342 С, на 1,5 мин в насыщенный раствор Н 3 О 3, нагретый до 552 С, на 1,5 мин в раствор, содержащий Н 3 О 3, К, 2, 2, и нагретый до 422 С. После этого пленку промывают дистиллированной водой при комнатной температуре и одноосно растягивают в 4 и более раз со скоростью, обеспечивающей необходимое увеличение длины пленки в течение 2-3 мин. Пленку сушат в растянутом состоянии вначале при комнатной температуре,а затем при 60 С до содержания в ней воды 3 . Готовая ПП представляет собой прозрачный голубовато-серый лист толщиной 605 мкм. Интегральные коэффициенты пропускания линейно-поляризованного света в области 40-700 нм составляют 1176,Т 13, коэффициент поляризации равен 97-98. Примеры 2-8 выполнены аналогично примеру 1, но при концентрациях компонентов в композиции для отлива пленок, указанных в табл. 1. Результаты представлены в табл. 1. Примеры 9-30 выполнены аналогично примеру 1, но обработка пленок проводилась в растворах, содержащих различное соотношение компонентов. Результаты представлены в табл. 2. Таблица 1 Пример 1 2 3 4 5 6 7 8 по прототипу по прототипу Состав композиции и характеристики поляроидной пленки Содержание компонентов, мас. до испытаний К Составы растворов для обработки пленок и характеристики поляроидных пленок Содержание компонентов в растворе окрашивания, мас. Содержание компонентов в растворе, мас. КС 1706 1 Технический результат предлагаемого способа получения поляроидных пленок для видимой области спектра заключается в улучшении и упрощении процесса изготовления поляроидных пленок на основе полииодидов поливинилового спирта, а именно отпадает необходимость применять коагулирующие растворы и дорогостоящие растворители, использование которых требует обязательной их регенерации или улавливания растворителем служит вода - безвредный, неагрессивный и наиболее дешевый растворитель пленки высыхают при умеренных температурах, что не требует больших энергозатрат окрашивание пленок в предложенных растворах протекает более стабильно и с воспроизводимыми результатами, позволяя получать поляроидные пленки с однородным распределением комплекса ПВС-2 по всему объему пленки, по сравнению ПП, полученными окрашиванием поливинилспиртовых пленок в растворах, содержащих молекулярный йод. Поляроидные пленки, полученные по предлагаемому способу, обладают высокими светопропусканием(76,8-80,9) и эффектом поляризации (96,8-98,2) в видимой области спектра, а также термо- и влагостойкостью, что выражается в сохранении светопропускания и поляризующей способности после воздействия на них повышенных температур и влажности. оставитель А.Ф. Фильченкова Редактор В.Н. Позняк Корректоры А.М. Бычко, С.А. Тикач Заказ 2072 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.