RU2747130C1 - Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method - Google Patents

Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method Download PDF

Info

Publication number
RU2747130C1
RU2747130C1 RU2020122925A RU2020122925A RU2747130C1 RU 2747130 C1 RU2747130 C1 RU 2747130C1 RU 2020122925 A RU2020122925 A RU 2020122925A RU 2020122925 A RU2020122925 A RU 2020122925A RU 2747130 C1 RU2747130 C1 RU 2747130C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composition
amount
nanoparticles
film
liquid
Prior art date
Application number
RU2020122925A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юлия Эдуардовна Бурункова
Данара Сериковна Свяжина
Джордж Альхалил
Роман Олегович Олехнович
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority to RU2020122925A priority Critical patent/RU2747130C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747130C1 publication Critical patent/RU2747130C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/027Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
    • G03F7/028Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds with photosensitivity-increasing substances, e.g. photoinitiators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

FIELD: photosensitive recording media.SUBSTANCE: invention relates to the field of organic photosensitive recording media and relates to a liquid composition for a photopolymerizable film for optical recording, which forms an image by modulating the refractive index during exposure to activating radiation with a wavelength in the range of 500-550 nm. The liquid composition includes a mixture of liquid acrylic monomers, diacrylates, sulfide nanoparticles and a photoinitiator of polymerization. Sulfides are nanoparticles of arsenic sulfides in an amount of 1 to 10 wt%, preliminarily obtained by dissolving AS2S3 glass or its non-stoichiometric derivatives. The liquid acrylic monomer is contained in two types, the first of which is in the amount of 10 to 15 wt% and is 2-phenoxyethyl acrylate, the second liquid acrylic monomer is in the amount of 15 to 20 wt% and is 2- (dimethylamino) ethyl acrylate. Diacrylates are present in amounts from 55 to 60% by weight and are diurethane dimethacrylate in the form of a mixture of isomers. The photoinitiator of polymerization Irgacure784 is contained in an amount of from 3 to 6 wt%.EFFECT: technical result consists in increasing the refractive index and decreasing the thickness of the resulting film.3 cl, 2 tbl

Description

Изобретения относятся к органическим светочувствительным регистрирующим средам, а именно к композициям для получения фотополимеризационноспособных пленок для оптической записи фотонных структур (голограмм) и способам их получения. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет изменения показателя преломления и поверхностного рельефа при экспозиции активирующим излучением с длиной волны в диапазоне от 500 до 550 нм. Показатель преломления вышеуказанной пленки повышен в результате наличия наночастиц As2S3, входящих в ее состав.The inventions relate to organic photosensitive recording media, namely to compositions for obtaining photopolymerizable films for optical recording of photonic structures (holograms) and methods for their preparation. The proposed photopolymerizable film forms an image by changing the refractive index and surface relief upon exposure to activating radiation with a wavelength in the range from 500 to 550 nm. The refractive index of the above film is increased as a result of the presence of As 2 S 3 nanoparticles included in its composition.

Известны композиции для фотополимеризационноспособной пленки и способы получения фотополимерных пленок для записи голограмм. Их можно разделить на три основные категории: жидкие покрытия, содержащие фотоинициатор и мономеры, составы для сухих пленок, содержащие фотоинициирующую систему, мономер и связующий полимерный компонент, формирующий пленку, и составы для сухих пленок, содержащие сшивающий полимер и фотосенсибилизатор или инициатор.Known compositions for photopolymerizable films and methods of obtaining photopolymer films for recording holograms. They can be divided into three main categories: liquid coatings containing a photoinitiator and monomers, dry film formulations containing a photoinitiator system, a monomer and a binder polymer component that forms a film, and dry film formulations containing a crosslinking polymer and a photosensitizer or initiator.

Известны композиция для фотополимеризационноспособной пленки, способ ее получения и способ изготовления фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм (патент РФ №2325680, дата приоритета 22.04.2004, опубл. 27.05.2008, МПК G03F 7/031, G03F 7/028, G03F 7/033, G02B 5/32). Композиция фотополимеризующейся регистрирующей среды состоит из ненасыщенного соединения, способного к ион-радикальной фотополимеризации; системы, обеспечивающей фотоактивацию излучением в спектральной области 400-600 нм и состоящей из фотохромного соединения и соинициатора. Композиция содержит фотохромное соединение с большим временем жизни фотоиндуцированной формы или термически необратимое фотохромное соединение и, необязательно, полимерное связующее, пластификатор и неполимеризационноспособную органическую жидкость с большим показателем преломления.Known composition for a photopolymerizable film, a method for its production and a method for making a photopolymerizable film for recording holograms (RF patent No. 2325680, priority date 04/22/2004, publ. 05/27/2008, IPC G03F 7/031, G03F 7/028, G03F 7/033 , G02B 5/32). The composition of the photopolymerizable recording medium consists of an unsaturated compound capable of radical ion photopolymerization; a system providing photoactivation by radiation in the spectral range of 400-600 nm and consisting of a photochromic compound and a co-initiator. The composition contains a photochromic compound with a long lifetime of the photoinduced form or a thermally irreversible photochromic compound and, optionally, a polymeric binder, a plasticizer and a non-polymerizable organic liquid with a high refractive index.

Способ получения композиции заключается в приготовлении раствора твердого фотохромного соединения ФНХ 1 в N-винилпирролидоне и в добавлении в полученный раствор смеси полимеризационноспособных соединений (ОКМ-2 и ТАТМТ), а также соинициатора ДМЭА. Полученный раствор тщательно перемешивали и вакуумировали.The method of obtaining the composition consists in preparing a solution of a solid photochromic compound FNH 1 in N-vinylpyrrolidone and adding to the resulting solution a mixture of polymerizable compounds (OKM-2 and TATMT), as well as a co-initiator DMEA. The resulting solution was thoroughly mixed and evacuated.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки включает нанесение приготовленного раствора на лавсановую пленку с разделительной прокладкой заданной толщины и покрытие ее сверху второй лавсановой пленкой. В результате получали триплексный материал.A method of obtaining a photopolymerizable film includes applying the prepared solution to a Mylar film with a spacer of a predetermined thickness and covering it on top with a second Mylar film. As a result, a triplex material was obtained.

Недостатки известной композиции-аналога для фотополимеризационноспособной пленки: наличие пластификатора и неполимеризационноспособной органической жидкости с большим показателем преломления предопределяют диффузию после записи и деградацию записанной голограммы, особенно при повышенных температурах. Использование сложной системы фотоактивации, состоящей из фотохромного соединения и соинициатора, и наличие полимерного связующего усложняет технологическую цепочку. Недостаточная величина модуляции показателя преломления вследствие малой разницы между показателем перемещаемого компонента и матрицы.The disadvantages of the known analogue composition for a photopolymerizable film: the presence of a plasticizer and a non-polymerizable organic liquid with a high refractive index predetermine diffusion after recording and degradation of the recorded hologram, especially at elevated temperatures. The use of a complex photoactivation system, consisting of a photochromic compound and a co-initiator, and the presence of a polymer binder complicates the technological chain. Insufficient modulation of the refractive index due to the small difference between the index of the moved component and the matrix.

Известна композиция для фотополимеризационноспособной пленки, способ получения композиции (патент РФ №2331095, дата приоритета 08.12.2006, опубл. 10.08.2008, МПК G03F 7/028, G03F 7/033).A known composition for a photopolymerizable film, a method for producing a composition (RF patent No. 2331095, priority date 12/08/2006, publ. 08/10/2008, IPC G03F 7/028, G03F 7/033).

Композиция для фотополимеризационноспособной пленки представляет собой жидкий акриловый мономер с одной (мета) акриловой группой; бифункциональный акриловый олигомер с двумя (мета)акриловыми группами; термопластический линейный полимер; фотоинициатор полимеризации при активирующем облучение света с длиной волны 350-400 нм; низкокипящий растворитель; растворитель, растворяющий термопластический полимерсвязующий компонент.The composition for a photopolymerizable film is a liquid acrylic monomer with one (meta) acrylic group; bifunctional acrylic oligomer with two (meta) acrylic groups; thermoplastic linear polymer; photoinitiator of polymerization when activating the irradiation of light with a wavelength of 350-400 nm; low boiling solvent; a solvent that dissolves the thermoplastic polymer binder.

Недостатком композиции аналога является наличие термопластического линейного полимера, что усложняет технологическую цепочку и понижает термостабильность готовой голограммы.The disadvantage of the analogue composition is the presence of a thermoplastic linear polymer, which complicates the technological chain and lowers the thermal stability of the finished hologram.

Способ получения композиции включает приготовление растворов путем добавления компонентов в растворитель и последующее перемешивание магнитной мешалкой до полного растворения.The method for preparing the composition includes preparing solutions by adding components to a solvent and then stirring with a magnetic stirrer until complete dissolution.

Способ получения сухой фотополимеризационноспособной пленки заключается в нанесении композита из низкокипящего растворителя с помощью центрифуги. Растворы наносятся на стеклянную подложку при скорости вращения подложки 8 об/мин с использованием аппликатора и ламинирующей установки. Затем пленка сушится под фольгой при комнатной температуре и окончательно - при 70°С.A method of obtaining a dry photopolymerizable film consists in applying a composite from a low-boiling solvent using a centrifuge. The solutions are applied to a glass substrate at a substrate rotation speed of 8 rpm using an applicator and laminator. Then the film is dried under foil at room temperature and finally at 70 ° C.

Недостатком способа получения аналога является обязательное использование сложной аппаратуры (центрифуги с использованием аппликатора и ламинирующей установки).The disadvantage of the method for producing an analogue is the mandatory use of complex equipment (centrifuge using an applicator and a laminating machine).

В качестве прототипа выбрана жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, способ получения композиции, способ получения вышеуказанной пленки (патент РФ №2541521, дата приоритета 23.05.2013, опубликовано 27.11.2014, МПК G03F 7/028, G03F 7/027,G03F 7/033, G03F 7/07, В82В 1/00).As a prototype, a liquid composition for a photopolymerizable film for recording a hologram, a method for obtaining a composition, a method for producing the above film (RF patent No. 2541521, priority date 05/23/2013, published on 11/27/2014, IPC G03F 7/028, G03F 7/027, G03F 7/033, G03F 7/07, В82В 1/00).

Композиция для фотополимеризационноспособной пленки представляет собой смесь от 30 до 69,45 вес. % жидкого акрилового мономера, имеющего, по крайней мере, одну кислотную группу СООН и относящегося к карбоновым кислотам и от 30 до 69,45 вес. % олигомеров моно- и ди- акрилатов, от 0,5 до 25 вес. % одного из видов наночастиц ZnO, SiO2, TiO2, ZnS, CdS покрытых или не покрытых органическими оболочками и имеющие размер от 2 до 30 нм, а также от 0,05 до 5 вес. % инициатора фотополимеризации, в качестве которого используют 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон или бис-(5-2,4-циклопентадиен-1-ил)бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан, инициирующих при экспозиции активирующим облучением с длиной волны 325-550 нм.The composition for a photopolymerizable film is a mixture of 30 to 69.45 wt. % of liquid acrylic monomer having at least one acidic group COOH and related to carboxylic acids and from 30 to 69.45 wt. % oligomers of mono - and di - acrylates, from 0.5 to 25 wt. % of one of the types of nanoparticles ZnO, SiO 2 , TiO 2 , ZnS, CdS coated or not coated with organic shells and having a size from 2 to 30 nm, as well as from 0.05 to 5 wt. % photopolymerization initiator, which is 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone or bis- (5-2,4-cyclopentadien-1-yl) bis- [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrole-1 -yl) phenyl] titanium, initiating upon exposure to activating radiation with a wavelength of 325-550 nm.

Недостатком композиции прототипа является отсутствие в ней нелинейнооптических свойств и реверсивных фоточувствительных свойств.The disadvantage of the composition of the prototype is the lack of nonlinear optical properties and reversible photosensitive properties.

Способ получения композиции включает приготовление смеси путем смешивание и нагрева смеси вышеуказанных акрилатов 2 часа при t=90°С, затем в нагретую жидкую композицию порционно вводят указанное количество наночастиц из указанного перечня до получения прозрачного раствора, после полного диспергирования наночастиц в мономерной смеси жидкой композиции проводят постоянное перемешивание при t=90°С, добавляют инициатор фотополимеризации, и жидкую композицию перемешивают при температуре t=90°C, полученную композицию сохраняют в термостате при t=40°С.The method for preparing the composition includes preparing a mixture by mixing and heating a mixture of the above acrylates for 2 hours at t = 90 ° C, then the specified amount of nanoparticles from the specified list is introduced in portions into the heated liquid composition until a transparent solution is obtained, after complete dispersion of the nanoparticles in the monomer mixture of the liquid composition, constant stirring at t = 90 ° C, a photopolymerization initiator is added, and the liquid composition is stirred at a temperature of t = 90 ° C, the resulting composition is kept in a thermostat at t = 40 ° C.

Недостатком указанного способа является использование повышенной температуры, в результате чего возможно неконтролируемое изменение состава мономеров, что ухудшает повторяемость свойств композиции.The disadvantage of this method is the use of an elevated temperature, as a result of which an uncontrolled change in the composition of the monomers is possible, which worsens the repeatability of the properties of the composition.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, включает нанесение вышеуказанной жидкой композиции в виде капли на пленку полиэстера, накрывание ее другой такой же пленкой и прокатывании ее между вальцами при температуре от +20 до +60°С.A method of obtaining a photopolymerizable film for recording a hologram includes applying the above liquid composition in the form of a drop to a polyester film, covering it with another similar film and rolling it between rollers at a temperature of +20 to + 60 ° C.

Недостатком получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм является необходимость использования вальцов и повышения температуры, что также приводит к неконтролируемому изменению состава, что ухудшает повторяемость свойств вышеуказанной пленки.The disadvantage of obtaining a photopolymerizable film for recording holograms is the need to use rollers and increase the temperature, which also leads to an uncontrolled change in the composition, which worsens the repeatability of the properties of the above film.

Представляемая группа изобретений решает задачи придания фотополимеризационноспособной пленке для оптической записи фотонных структур (активных светоиндуцированных трехмерных решеток - голограмм) нелинейнооптических свойств и реверсивных фоточувствительных свойств при сохранении высоких значений величины модуляции показателя преломления Δn, дифракционной эффективности и их стабильности во времени.The presented group of inventions solves the problem of imparting nonlinear optical properties and reversible photosensitive properties to a photopolymerizable film for optical recording of photonic structures (active light-induced three-dimensional gratings - holograms) while maintaining high values of modulation of the refractive index Δn, diffraction efficiency and their stability over time.

Поставленная задача решается тем, что жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи, формирующая изображение за счет модуляции показателя преломления при экспозиции активирующим облучением с длиной волны в диапазоне 500-550 нм, включает в себя смесь жидких акриловых мономеров, первый из которых находится в количестве от 10 до 15 вес. % и имеет по крайней мере одно фенильной кольцо в боковой цепи (2-феноксиэтилакрилат, 40,833-6 ALDRICH, PEA), второй жидкий акриловый мономер находится в количестве от 15 до 20вес.% и имеет в боковой цепи по крайней мере хотя бы одну вторичную аминогруппу (2-(диметиламино)этилакрилат, 330957 ALDRICH, AmAc), также содержит от 55 до 60вес.% диакрилатов с двумя метакриловыми и по крайней мере двумя уретановыми группами (диуретан диметакрилат, смесь изомеров, 436909 Aldrich, UDMA), синтезированные наночастицы сульфидов в виде наночастиц трисульфида мышьяка (или его нестехиометрические производные) в количестве от 1 до 10вес.% и инициатор полимеризации - бис(циклопентадиенил)бис[2,6-дифтор-3-(1-пиррил)фенил]титан (Irg784) в количестве от 3 до 6вес.%.The problem is solved by the fact that the liquid composition for a photopolymerizable film for optical recording, which forms an image by modulating the refractive index during exposure to activating radiation with a wavelength in the range of 500-550 nm, includes a mixture of liquid acrylic monomers, the first of which is in the amount from 10 to 15 wt. % and has at least one phenyl ring in the side chain (2-phenoxyethyl acrylate, 40,833-6 ALDRICH, PEA), the second liquid acrylic monomer is in an amount from 15 to 20 wt.% and has at least one secondary amino group (2- (dimethylamino) ethyl acrylate, 330957 ALDRICH, AmAc), also contains from 55 to 60 wt% diacrylates with two methacrylic and at least two urethane groups (diurethane dimethacrylate, isomer mixture, 436909 Aldrich, UDMA), synthesized nanoparticles in the form of nanoparticles of arsenic trisulfide (or its nonstoichiometric derivatives) in an amount from 1 to 10 wt.% and the polymerization initiator - bis (cyclopentadienyl) bis [2,6-difluoro-3- (1-pyrryl) phenyl] titanium (Irg784) in an amount from 3 to 6 wt.%.

Использование фотополимеризующейся мономерной композиции, наполненной наночастицами As2S3 обеспечивает сохранение как высоких значений величины модуляции показателя преломления Δn, соответственно, и высоких значений дифракционной эффективности активных светоиндуцированных трехмерных решеток, так и стабильности значений во времени. Наночастицы As2S3 обладают высоким линейным коэффициентом показателя преломления, поэтому их фотоиндуцированное перемещение при оптической записи решеток приводит к значительной величине Δn из-за значительного различия показателя преломления наночастиц и матрицы, а полимеризация - к фиксированию записанной голограммы. Наличие в жидкой композиции наночастиц As2S3, обладающих реверсивными фоточувствительными свойствами и нелинейнооптическими свойствами, и сохранение данных свойств при оптической записи, позволяет записать дифракционные решетки с этими свойствами.The use of a photopolymerizable monomer composition filled with As 2 S 3 nanoparticles ensures the preservation of both high values of the modulation of the refractive index Δn, respectively, and high values of the diffraction efficiency of active light-induced three-dimensional gratings, and the stability of values over time. As 2 S 3 nanoparticles have a high linear refractive index; therefore, their photoinduced movement during optical recording of gratings leads to a significant value of Δn due to a significant difference in the refractive index of nanoparticles and the matrix, and polymerization leads to fixation of the recorded hologram. The presence of As 2 S 3 nanoparticles in the liquid composition, possessing reversible photosensitive properties and nonlinear optical properties, and the retention of these properties during optical recording, makes it possible to write diffraction gratings with these properties.

Способ получения вышеупомянутой жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки включает растворение в темноте без доступа кислорода при комнатной температуре стекла As2S3 (0,1 г) в смеси диэтиламина (3 мл) с низкомолекулярными гидроксиламинами (4вес.%), далее в полученный раствор при перемешивании поочередно вводят указанное количество вышеназванных мономеров (UDMA; РЕА; AmAc), продолжая размешивание 5 часов, далее в раствор добавляют указанное количество инициатора фотополимеризации и перемешивают в течение 1 часа, далее для удаления диэтиламина композицию при температуре 35°С выдерживают не менее 30 суток, каждый день в течение 4 часов. Готовность композиции определяется по тому, что капля готовой композиции имеет такую вязкость, что помещенная на стеклянную подложку и накрытая пленкой полиэстера не растекается по всей поверхности, а образует при активирующем облучении круг. Полученную композицию сохраняют в темноте при температуре 25°С.The method of obtaining the above-mentioned liquid composition for obtaining a photopolymerizable film includes dissolving in the dark without access to oxygen at room temperature As 2 S 3 glass (0.1 g) in a mixture of diethylamine (3 ml) with low molecular weight hydroxylamines (4 wt%), then into the resulting solution while stirring, the specified amount of the above monomers (UDMA; PEA; AmAc) is introduced in turn, continuing stirring for 5 hours, then the specified amount of the photopolymerization initiator is added to the solution and stirred for 1 hour, then the composition is kept at a temperature of 35 ° C for at least 30 days, every day for 4 hours. The readiness of the composition is determined by the fact that a drop of the finished composition has such a viscosity that, when placed on a glass substrate and covered with a polyester film, it does not spread over the entire surface, but forms a circle upon activating radiation. The resulting composition is kept in the dark at 25 ° C.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, включает нанесение вышеуказанной жидкой композиции в виде капли на подложку, накрывание ее пленкой полиэстера. Наличие спайсеров определенной толщины позволяет контролировать толщину. Далее под прессом получают пленку композиции толщиной соответствующей спайсерам.A method of obtaining a photopolymerizable film for recording a hologram includes applying the above liquid composition in the form of a drop onto a substrate, covering it with a polyester film. The presence of spicers of a certain thickness allows you to control the thickness. Further, under the press, a film of the composition with a thickness corresponding to the spicers is obtained.

Сущность заявляемых изобретений поясняется следующим.The essence of the claimed inventions is explained as follows.

В результате проведенных исследований установлены основные факторы, влияющие на оптические и другие важные эксплуатационные свойства пленки.As a result of the studies carried out, the main factors influencing the optical and other important operational properties of the film have been established.

Первый фактор - химическая структура мономерных компонентов. Необходимым условием, препятствующим агрегации наночастиц сульфида мышьяка, является наличие амино-групп и фенильного кольца в мономерных компонентах жидкой композиции. Данные группы модифицируют поверхность наночастиц сульфида мышьяка, образуя донорно-акцепторные связи.The first factor is the chemical structure of the monomeric components. A necessary condition preventing the aggregation of arsenic sulfide nanoparticles is the presence of amino groups and a phenyl ring in the monomeric components of the liquid composition. These groups modify the surface of arsenic sulfide nanoparticles by forming donor-acceptor bonds.

Второй фактор - наличие низкомолекулярных гидроксиламинов, которые являясь модификатором поверхности наночастиц, обеспечивают возможность прохождения полимеризации.The second factor is the presence of low molecular weight hydroxylamines, which, being a modifier of the surface of nanoparticles, provide the possibility of polymerization.

Третий фактор - способ получения наночастиц сульфида мышьяка, полученных при растворении в диэтиламине совместно с гидроксиламином, обеспечивает возможность прохождения полимеризационных процессов и вносят в нанокомпозит реверсивные фоточувствительные свойства и нелинейнооптические свойства.The third factor is the method of obtaining nanoparticles of arsenic sulfide obtained by dissolving in diethylamine together with hydroxylamine, provides the possibility of polymerization processes and introduces reversible photosensitive properties and nonlinear optical properties into the nanocomposite.

Четвертый фактор - использование композиции из вышеуказанных мономеров и полученных по указанным способом наночастиц As2S3, которые обладают высоким линейным коэффициентом показателя преломления и имеют значительную разницу с показателем преломления полимерной матрицы, гарантируют значительную модуляцию показателя преломления и дифракционную эффективность решеток, а также стабильность во времени.The fourth factor is the use of a composition of the above monomers and As 2 S 3 nanoparticles obtained by this method, which have a high linear refractive index and have a significant difference with the refractive index of the polymer matrix, guarantee significant modulation of the refractive index and diffraction efficiency of gratings, as well as stability during time.

Пятый фактор, который влияет на качество пленки - инициатор и метод инициирования трехмерной радикальной полимеризации компонентов, определяющий скорость инициирования, концентрацию свободных радикалов, константы скорости процесса полимеризации.The fifth factor that affects the quality of the film is the initiator and the method of initiating three-dimensional radical polymerization of the components, which determines the rate of initiation, the concentration of free radicals, and the rate constants of the polymerization process.

Для решения поставленной задачи необходимо осуществить синтез нанокомпозита, подходящего для получения фотополимеризационноспособной пленки, создать гомогенную композицию из вышеупомянутых акриловых компонентов и наночастиц, выбрать фотоинициатор радикальной полимеризации вышеупомянутых мономерных компонентов при экспозиции активирующим излучением с длиной волны в области 500-550 нм.To solve this problem, it is necessary to synthesize a nanocomposite suitable for obtaining a photopolymerizable film, create a homogeneous composition of the above-mentioned acrylic components and nanoparticles, select a photoinitiator for radical polymerization of the above-mentioned monomer components when exposed to activating radiation with a wavelength of 500-550 nm.

Для достижения необходимых свойств вышеупомянутой фотополимеризационноспособной нанокомпозиционной пленки используется композиция полимеризационноспособных компонентов, наночастиц, модификатора наночастиц, фотоинициатора полимеризайии. В общем виде композиция состоит из:To achieve the required properties of the aforementioned photopolymerizable nanocomposite film, a composition of polymerizable components, nanoparticles, nanoparticle modifier, photoinitiator of polymerization is used. In general, the composition consists of:

- смеси мономеров,- mixtures of monomers,

- наночастиц As2S3,- nanoparticles As 2 S 3 ,

- модификатор наночастиц- nanoparticle modifier

- инициатора фотополимеризации.- a photopolymerization initiator.

Смесь мономеров выполняет роль матрицы, в которой происходит однородное распределение наночастиц и обеспечивается их стабилизация. Аминогруппы диуретан диметакрилатных мономеров (UDMA) и 2-(диметиламино)этилакрилат (AmAc), фенильное кольцо мономера 2-феноксиэтилакрилат (PEA) активно взаимодействуют с наночастицами As2S3 и модифицируют их поверхность таким образом, что позволяет улучшить совместимость неорганических наночастиц с органической акриловой матрицей. Наличие в растворе мономера UDMA также позволяет сформировать полимерную сетку, что способствует стабильности решеток во времени. Получение наночастиц As2S3, полученными путем растворения в диэтиламине с гидроксиламином, последний выступает в роли модификатора наночастиц, позволяет провести фотоиндуцированную полимеризации и оптическую запись, соответственно. Показатель преломления наночастиц существенно отличается от показателя преломления мономерной матрицы, что определяет значительную величину модуляции показателя преломления при перераспределении наночастиц. Важно, что все мономеры совместим с диэтиламином и гидроксиламином и наночатицами As2S3.A mixture of monomers acts as a matrix in which nanoparticles are uniformly distributed and stabilized. The amino groups diurethane dimethacrylate monomers (UDMA) and 2- (dimethylamino) ethyl acrylate (AmAc), the phenyl ring of the 2-phenoxyethyl acrylate (PEA) monomer actively interact with As2S3 nanoparticles and modify their surface in such a way that improves the compatibility of the organic nanoparticles with the acrylic nanoparticles. The presence of UDMA monomer in solution also allows the formation of a polymer network, which contributes to the stability of the lattices over time. Obtaining As 2 S 3 nanoparticles obtained by dissolving in diethylamine with hydroxylamine, the latter acting as a modifier of nanoparticles, allows photoinduced polymerization and optical recording, respectively. The refractive index of nanoparticles significantly differs from the refractive index of the monomeric matrix, which determines the significant modulation of the refractive index during the redistribution of nanoparticles. It is important that all monomers are compatible with diethylamine and hydroxylamine and As 2 S 3 nanoparticles.

Для приготовления составов были использованы следующие мономеры:The following monomers were used to prepare the compositions:

1.) Диуретан диметакрилат, смесь изомеров (436909 ALDRICH, UDMA)1.) Diurethane dimethacrylate, isomer mixture (436909 ALDRICH, UDMA)

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

2.) 2-феноксиэтилакрилат (40,833-6 ALDRICH, PEA)2.) 2-phenoxyethyl acrylate (40.833-6 ALDRICH, PEA)

3.) 2-(диметиламино)этилакрилат (330957 ALDRICH. AmAc)3.) 2- (dimethylamino) ethyl acrylate (330957 ALDRICH. AmAc)

Исследования показали, что в качестве инициатора полимеризации следует использовать бис(циклопентадиенил)бис[2,6-дифтор-3-(1-пиррил)фенил]титан (Irgacure784).Studies have shown that bis (cyclopentadienyl) bis [2,6-difluoro-3- (1-pyrryl) phenyl] titanium (Irgacure784) should be used as a polymerization initiator.

Для приготовления составов были использованы наночастицы сульфида мышьяка, полученные растворением в диэтиламине с гидроксиламиномTo prepare the compositions, arsenic sulfide nanoparticles were used, obtained by dissolution in diethylamine with hydroxylamine

Figure 00000004
Figure 00000004

Пример способа приготовление жидкой композиции.An example of a method for preparing a liquid composition.

Основные компоненты - 9,25 вес. % As2S3 наночастицы, 57,25 вес. % UDMA, 11,25 вес. % PEA, 17,25вес.% AmAc, 5 вес. % Irgacure784, 0.4 вес. % гидроксиламинохлорида.Main components - 9.25 wt. % As2S3 nanoparticles, 57.25 wt. % UDMA, 11.25 wt. % PEA, 17.25 wt.% AmAc, 5 wt. % Irgacure784, 0.4 wt. % hydroxylamino chloride.

При комнатной температуре сначала осуществляли растворение стекла As2S3 (0,1 г) в смеси диэтиламина (3 мл) с низкомолекулярными гидроксиламинами (4вес.%) в темноте без доступа кислорода, далее в полученный раствор при перемешивании поочередно вводили указанное количество вышеназванных мономеров (UDMA; PEA; AmAc), продолжая размешивание в течение 5 часов, далее в раствор добавляли указанное количество инициатора фотополимеризации и перемешивали в течение 1 часа, далее композицию при температуре 35°С выдерживали 30 суток, перемешивают каждый день в течение 4 часов. Готовность композиции определяли по тому, что капля готовой композиции имела такую вязкость, что помещенная на подложку и накрытая пленкой полиэстера не растекалась по поверхности, а образовывала при облучении светом с длиной волны 532 нм круг.At room temperature, first, glass As 2 S 3 (0.1 g) was dissolved in a mixture of diethylamine (3 ml) with low molecular weight hydroxylamines (4 wt%) in the dark without access to oxygen, then the indicated amount of the above monomers was introduced into the resulting solution with stirring. (UDMA; PEA; AmAc), continuing stirring for 5 hours, then the specified amount of photopolymerization initiator was added to the solution and stirred for 1 hour, then the composition was kept at 35 ° C for 30 days, stirred every day for 4 hours. The readiness of the composition was determined by the fact that a drop of the finished composition had such a viscosity that, when placed on a substrate and covered with a polyester film, it did not spread over the surface, but formed a circle when irradiated with light with a wavelength of 532 nm.

Пример получения фотополимеризационноспособной пленки.An example of obtaining a photopolymerizable film.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи голограммы, включает нанесение вышеуказанной жидкой композиции в виде капли на подложку, накрывание ее полиэстеровой пленкой. Далее под прессом получают пленку композиции толщиной соответствующей спайсерам.A method of obtaining a photopolymerizable film for optical recording of a hologram includes applying the above liquid composition in the form of a drop onto a substrate, covering it with a polyester film. Next, a film of the composition with a thickness corresponding to the spicers is obtained under a press.

Описание оптической записи активных фотоиндуцированных трехмерных решеток на разработанной жидкой композиции.Description of optical recording of active photoinduced three-dimensional gratings on the developed liquid composition.

Предлагаемую жидкую композицию, помещенную между стеклом и полиэстером, экспонировали излучением лазера DPSS с длиной волны 532 нм, выходной мощностью 35 мВт при плотности энергии 3⋅10-2 Дж/см2, при углах между интерферирующими пучками 30-45°, длительностях экспозиций 15-30 мин, толщинах слоев 35±5 мкм. Получали пропускающие голограммы, дифракционную эффективность определяли отношением интенсивности излучения в первом порядке дифракции к интенсивности падающего излучения на длине волны 633 нм. В нижеуказанных примерах приведены результаты оптической записи, проведенной на разработанной жидкой композиции.The proposed liquid composition, placed between glass and polyester, was exposed to DPSS laser radiation with a wavelength of 532 nm, an output power of 35 mW at an energy density of 3⋅10 -2 J / cm 2 , at angles between interfering beams of 30-45 °, exposure durations 15 -30 min, layer thicknesses 35 ± 5 microns. Transmitting holograms were obtained, the diffraction efficiency was determined by the ratio of the radiation intensity in the first diffraction order to the intensity of the incident radiation at a wavelength of 633 nm. The following examples show the results of optical recording carried out on the developed liquid composition.

1.) Пример 1.1.) Example 1.

Материалы экспонировали 20 мин, дифракционную эффективность определяли после экспонированияThe materials were exposed for 20 min, the diffraction efficiency was determined after exposure

2.) Пример 2.2.) Example 2.

Материалы экспонировали 35 мин, дифракционную эффективность определяли после засветки.The materials were exposed for 35 min, the diffraction efficiency was determined after exposure.

В таблице 2 приведены максимальные значения дифракционной эффективности для пропускающих голограмм, полученных по п.п. 1,2.Table 2 shows the maximum values of the diffraction efficiency for transmission holograms obtained according to paragraphs. 1.2.

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, заявляемая жидкая композиция фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи фотонных структур (решеток), способ получения этой композиции, а также способ получения вышеуказанной пленки обеспечивают оптическую запись дифрауционных решеток (голограмм), при этом, не требуется обработка после экспонирования, достигаются высокие значения дифракционной эффективности - до 40% при толщине пленки 35±5 мкм.Thus, the claimed liquid composition of a photopolymerizable film for optical recording of photonic structures (gratings), a method for obtaining this composition, as well as a method for obtaining the above film provide optical recording of diffraction gratings (holograms), while processing after exposure is not required, high values of diffraction efficiency - up to 40% with a film thickness of 35 ± 5 microns.

У полученной фотополимеризационноспособной пленки сохраняются нелинейнооптические свойства, присущие трисульфиду мышьяка, а также наблюдается реверсивность оптического пропускания, а именно, при облучении пленок длиной волны в диапазоне от 500 до 550 нм фундаментальный край оптического поглощения смещается в сторону более высоких частот, а при последующем прогреве при 150°С в течение 1 часа наблюдается смещение в сторону более низких частот. Влагостойкость предлагаемой жидкой композиции существенно выше, чем у известных полимеров для оптической записи по причине отсутствия в составе композиции гидрофильных компонентов и нахождения неорганических наночастиц в полимерной оболочке, вследствие образования донорно-акцепторных связей с функциональными группами мономеров.The obtained photopolymerizable film retains the nonlinear optical properties inherent in arsenic trisulfide, and the reversibility of optical transmission is also observed, namely, when the films are irradiated with a wavelength in the range from 500 to 550 nm, the fundamental edge of optical absorption shifts towards higher frequencies, and upon subsequent heating at 150 ° С for 1 hour there is a shift towards lower frequencies. The moisture resistance of the proposed liquid composition is significantly higher than that of known polymers for optical recording due to the absence of hydrophilic components in the composition and the presence of inorganic nanoparticles in the polymer shell due to the formation of donor-acceptor bonds with functional groups of monomers.

Claims (3)

1. Жидкая композиция для фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи, которая формирует изображение за счет модуляции показателя преломления при экспозиции активирующим облучением с длиной волны в диапазоне 500-550 нм, включающая в себя смесь жидких акриловых мономеров, диакрилатов, наночастиц сульфидов и фотоинициатора полимеризации в виде бис(циклопентадиенил)бис [2,6-дифтор-3- (1-пиррил) фенил] титан (Irgacure784), отличающаяся тем, что сульфиды представляют собой предварительно полученные растворением стекла AS2S3 или его нестехиометрических производных наночастицы сульфидов мышьяка в количестве от 1 до 10 вес.%, жидкий акриловый мономер содержится в двух видах, первый из которых находится в количестве от 10 до 15 вес.% и представляет собой 2-феноксиэтилакрилат, РЕА, 40,833-6 ALDRICH, второй жидкий акриловый мономер находится в количестве от 15 до 20 вес.% и представляет собой 2-(диметиламино) этилакрилат, АmАс, 330957 ALDRICH, диакрилаты содержатся в количествах от 55 до 60 вес.% и представляют собой диуретан диметакрилат в виде смеси изомеров, 436909 Aldrich, UDMA, а фотоинициатор полимеризации - Irgacure784 - содержится в количестве от 3 до 6 вес.%.1. Liquid composition for a photopolymerizable film for optical recording, which forms an image by modulating the refractive index upon exposure to activating radiation with a wavelength in the range of 500-550 nm, including a mixture of liquid acrylic monomers, diacrylates, sulfide nanoparticles and a photoinitiator of polymerization in the form bis (cyclopentadienyl) bis [2,6-difluoro-3- (1-pyrryl) phenyl] titanium (Irgacure784), characterized in that the sulfides are preliminarily obtained by dissolving AS 2 S 3 glass or its non-stoichiometric derivatives, nanoparticles of arsenic sulfides in an amount from 1 to 10 wt.%, the liquid acrylic monomer is contained in two types, the first of which is in the amount of 10 to 15 wt.% and is 2-phenoxyethyl acrylate, PEA, 40.833-6 ALDRICH, the second liquid acrylic monomer is in the amount from 15 to 20 wt.% and represents 2- (dimethylamino) ethyl acrylate, АmАс, 330957 ALDRICH, diacrylates are contained in amounts from 55 to 60 wt.% and are diurethane dimethacrylate in the form of a mixture of isomers, 436909 Aldrich, UDMA, and the photoinitiator of polymerization - Irgacure784 - is contained in an amount from 3 to 6 wt.%. 2. Способ получения жидкой композиции для фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи по п.1, включающий смешивание вышеуказанных компонентов, отличающийся тем, что сначала для получения наночастиц сульфида мышьяка при комнатной температуре в темноте без доступа кислорода производят растворение стекла AS2S3 (0,1 г) в смеси диэтиламина (3 мл) в присутствии низкомолекулярных гидроксиламинов (0,4 вес.%), далее в полученный раствор при перемешивании поочередно вводят указанное количество вышеназванных мономеров (UDMA; РЕА; АmАс), продолжая размешивание в течение 5 часов, далее в раствор добавляют указанное количество инициатора фотополимеризации Irgacure784 и перемешивают в течение 1 часа, далее для удаления диэтиламина композицию при температуре 35°С выдерживают не менее 30 суток, перемешивая каждый день в течение 4 часов, каплю композиции помещают на подложку, накрывают пленкой полиэстера и в случае отсутствия растекания при ее облучении в течение 20 мин светом из диапазона активирующего излучения делают заключение о готовности композиции.2. A method of obtaining a liquid composition for a photopolymerizable film for optical recording according to claim 1, comprising mixing the above components, characterized in that first, to obtain nanoparticles of arsenic sulfide at room temperature in the dark without access to oxygen, glass AS 2 S 3 (0, 1 g) in a mixture of diethylamine (3 ml) in the presence of low molecular weight hydroxylamines (0.4 wt%), then the specified amount of the above monomers (UDMA; PEA; АmАс) is alternately introduced into the resulting solution with stirring, continuing stirring for 5 hours, then the specified amount of Irgacure784 photopolymerization initiator is added to the solution and stirred for 1 hour, then, to remove diethylamine, the composition is kept at a temperature of 35 ° C for at least 30 days, stirring every day for 4 hours, a drop of the composition is placed on a substrate, covered with a polyester film and in the absence of spreading when it is irradiated for 20 min with light from the range the zone of activating radiation makes a conclusion about the readiness of the composition. 3. Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для оптической записи, включающий нанесение готовой жидкой композиции по п.1 в виде капли на подложку, накрывание ее полиэстеровой пленкой, отличающийся тем, что жидкую композицию наносят при комнатной температуре на подложку и прижимают прессом до толщины, соответствующей спайсерам.3. A method of obtaining a photopolymerizable film for optical recording, comprising applying the finished liquid composition according to claim 1 in the form of a drop onto a substrate, covering it with a polyester film, characterized in that the liquid composition is applied at room temperature to the substrate and pressed with a press to a thickness corresponding to the spicers ...
RU2020122925A 2020-07-06 2020-07-06 Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method RU2747130C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122925A RU2747130C1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020122925A RU2747130C1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747130C1 true RU2747130C1 (en) 2021-04-28

Family

ID=75850833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020122925A RU2747130C1 (en) 2020-07-06 2020-07-06 Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747130C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023274A2 (en) * 2000-09-11 2002-03-21 Shipley Company, L.L.C. Photoresist composition
US20040146806A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Roberts David H. Photo-imageable nanocomposites
RU2429256C1 (en) * 2009-12-18 2011-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Gold-containing polymerisable acrylic composition, spatial-mesh polymer material for recording information and production method thereof
RU2541521C2 (en) * 2013-05-23 2015-02-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023274A2 (en) * 2000-09-11 2002-03-21 Shipley Company, L.L.C. Photoresist composition
US20040146806A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Roberts David H. Photo-imageable nanocomposites
RU2429256C1 (en) * 2009-12-18 2011-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Gold-containing polymerisable acrylic composition, spatial-mesh polymer material for recording information and production method thereof
RU2541521C2 (en) * 2013-05-23 2015-02-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4970129A (en) Holograms
JP4461902B2 (en) Hologram recording material and hologram recording medium
JPH06301322A (en) Photosensitive composition for volumetric hologram recording
DE112006000477T5 (en) Holographic recording medium with control of photopolymerization and dark reactions
WO2008122226A1 (en) Sensitive membrane for reflecting hologram record and preparation method thereof
CN101697280A (en) Photo-induced polymer holographic material mixed with nano-silicon dioxide and preparation method thereof
Navarro-Fuster et al. Biophotopol’s energetic sensitivity improved in 300 μm layers by tuning the recording wavelength
RU2747130C1 (en) Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method
RU2541521C2 (en) Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film
Liu et al. Enhancement of holographic performance and stability of photopolymer materials by introducing epoxy resin and dyes
RU2331095C1 (en) "live" polymerised films for hologram construction
Smirnova et al. Holographic nanocomposites for recording polymer-nanoparticle periodic structures: I. General approach to choice of components of nanocomposites and their holographic properties
US20050036179A1 (en) Holographic storage medium comprising metal-containing high refractive index region, and storage article containing same
KR950006729B1 (en) Holograms
CN114236660B (en) Preparation method of holographic body grating
RU2574723C1 (en) Liquid composition of photopolymerisation-capable film for hologram recording, composition obtaining method
CN109494401B (en) Holographic polymer electrolyte and preparation method and application thereof
US20050089795A1 (en) Light sensitive media for optical devices using organic mesophasic materials
US6344297B1 (en) Holographic recording material
US4008083A (en) Stabilization of color images formed by photomodulation of the Christiansen effect
FR2811674A1 (en) RESINS AND PHOTOCHROMIC ARTICLES; PREPARATION; PRECURSOR COMPOSITIONS
CN1145077C (en) Photopolymer holographic recording material sesitive to green light and its preparation method
JP3180566B2 (en) Hologram photosensitive recording material, hologram photosensitive recording medium, and hologram manufacturing method using the same
JPH0432390B2 (en)
WO2024005139A1 (en) Method for producing optical element