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Lichtpolarisator aus Polyvinylalkohol Die Erfindung betrifft einen
auf einen Träger aufgebrachten Lichtpolarisator aus Polyvinylalkohol, der mit einem
dichroitischen Farbstoff gefärbt ist, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Polarisators.
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Lichtpolarisatoren für die Fälle, in denen ein lichtpolarisierendes
Material mit hoher Durchlässigkeit und einer hohen dichroitischen Konstante z_.
B. von 20 : 1 oder mehr gefordert wird, sind bekannt. Sie bestehen aus einem mit
einem dichroitischen Farbstoff, vorzugsweise Jod, gefärbten Sorptionskomplex von
molekular ausgerichtetem Polyvinylalkohol. Polyvinylalkohole werden durch Hydrolyse
von Polyvinylacetat hergestellt. Ist die Hydrolyse so weit fortgeschritten, daß
das erhaltene Produkt im wesentlichen die Eigenschaften von Polyvinylalkohol besitzt,
so wird auch dann von Polyvinylalkohol gesprochen, wenn die Hydrolyse nicht vollständig,
sondern nur zu etwa 50 bis 60% erfolgt ist.
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Werden derartige Polarisatoren verhältnismäßig hohen Temperaturen
und verhältnismäßig hoher Feuchtigkeit ausgesetzt, so ist es bekanntlich vorteilhaft,
den Polarisator entweder zwischen Glasplatten zu schützen oder ihn mit Borsäure
oder Bor zu stabilisieren oder auf einen durchsichtigen Kunststoffträger, z. B.
Celluloseacetat oder Celluloseacetobutyr at, aufzubringen, um ihm so eine mechanische
Stütze zu geben und eine Zusammenziehung des polarisierenden Films zu vermeiden.
Es hat sich herausgestellt, daß sich bei hoher Feuchtigkeit und/oder hohen Temperaturen
dünne frei tragende polarisierende Folien oder Filme aus Polyvinylalkoholjod in
der Richtung zusammenziehen oder ausdehnen, in der die Molekeln orientiert sind.
Wegen dieser Tendenz des polarisierenden Films, sich gelegentlich beim Gebrauch
zu werfen, müssen zusätzlich mechanisch stabile Filmträger oder Schutzplatten aus
Glas oder plastischen Stoffen verwendet werden. Die zusätzliche Verwendung solcher
Träger erhöht die Herstellungskosten für die Polarisierungselemente. Außerdem läßt
sich eine dauerhafte Bindung zwischen dem dichroitischen, molekular ausgerichteten
Polyvinylalkohol und einem geeigneten Filmträger nur schwierig herstellen, so da.ß
häufig sogar noch eine Unterschicht nötig ist, deren Herstellung die Kosten des
Endproduktes weiter erhöht.
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Es wird also ein wirksamer, mechanisch und optisch stabiler Lichtpolarisator
benötigt, der erhöhten Temperaturen und hoher Feuchtigkeit widersteht und auch in
Form dünner frei tragender Filme oder Schichten wenig oder gar nicht nachgibt und
der außerdem verhältnismäßig billig und einfach hergestellt werden kann.
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Dies wird .erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Träger aus einem
Homo- oder Copolymeren eines Esters des Polyvinylalkohols mit einer perhalogenierten
organischen Säure besteht. Es wird dabei die Oberflächenschicht eines Films aus
einem Homo- oder Copolymeren eines Esters des Vinylalkohols mit einer perhalogenierten
organischen Säure hydrolysiert und die hydrolysierte Oberflächenschicht mit einem
dichroitischen Farbstoff gefärbt, wobei die Molekeln der Oberflächenschicht in einer
Stufe des Verfahrens mit dem Träger praktisch parallel orientiert werden.
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Der lichtpolarisierende Film gemäß der Erfindung besteht vorzugsweise
aus einem polymeren Ester des Vinylalkohols mit einer perhalogenierten organischen
Säure, der z. B. durch Strecken oder Dehnen molekular ausgerichtet und dessen eine
Oberfläche teilweise hydrolysiert ist. Die Hydrolyse kann beispielsweise mit einer
Lösung von Ätzalkali oder gasförmigem Ammoniak erfolgen. Vorzugsweise wird eine
verhältnismäßig dünne, an eine Oberfläche grenzende Schicht, obwohl dies nicht zwingend
notwendig ist, ganz oder fast ganz hydrolysiert. Praktisch werden z. B. Polyvinyltrifluoracetat,
Polyvinylperfluorbutyrat und Polyvinylperfluorpropionat verwendet, von denen der
an erster Stelle genannte Stoff vorzuziehen ist. Auch Polyviny ltrichloracetat kann
benutzt werden, erfordert aber wegen der Sprödigkeit des Polymeren Vorsicht
bei
der Behandlung. Selbstverständlich können auch viele Inter- oder Copolymere dieser
Stoffe mit anderen, mit ihnen copolymerisierbaren Vinylverbindungen verwendet werden,
z. B. Vinylchlorid und Methylmethacrylat.
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Vorzugsweise wird als Lichtpolarisator gemäß der Erfindung eine gegossene
Folie oder ein Film aus polymerisiertem Vinyltrifluoracetat verwendet. Diese Polymere
wird in Form einer aus zwei Teilen Azeton und einem Teil Äthy lacetat bestehenden
Lösung auf Glas gegossen. Der Film ist z. B. 0,25 mm dick. Die gegossenen Filme
sind zäh, durchsichtig und farblos. Sie lassen sich vom Glas ablösen und werden
zur hinreichenden Ausrichtung der Molekeln gestreckt oder gedehnt, nachdem sie durch
Erhitzung auf 70 bis 80° C erweicht worden sind. Vorzugsweise werden die Filme etwa
um das Vierfache ihrer Länge thermoplastisch gedehnt; auf die Größe der Dehnung
kommt es nicht ausschlaggebend an. Ausreichende Molekülausrichtung läßt sich auch
durch eine 21/z- bis 3fache Streckung oder Dehnung des Films erzielen; Dehnungen
von mehr als dem Vierfachen der Länge werden dann vorgenommen, wenn außergewöhnlich
hoher Dichroismus im fertigen Polarisator erwünscht ist. Wird auf die vierfache
Länge gedehnt, so ist der ausgerichtete Film etwa 0,113 mm dick. Diese Dicke ist
mehr als ausreichend, um dem fertigen Polarisationsfilm die notwendige mechanische
Festigkeit zu verleihen.
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Eine dünne Schicht der Oberfläche der molekular ausgerichteten Folie
wird vor oder vorzugsweise nach der Streckung der Folie so gut wie völlig hydrolysiert,
indem die Oberfläche der Folie etwa 10. bis 15 Sekunden der Einwirkung von gasförmigem
Ammoniak ausgesetzt und die Folie dann saubergerieben wird. Durch die Behandlung
wird nur eine dünne Oberflächenschicht praktisch völlig hydrolysiert, während der
Rest der Folie nicht hydrolysiert wird und aus Polyvinyltrifluoracetat besteht.
Unter gewissen Bedingungen ist es zweckmäßig, beide Oberflächen des gestreckten
Films zu hydrolysieren. In diesem Fall bleibt selbstverständlich der mittlere Teil
der Folie unhy drolysiert, so daß nach der Hydrolyse die Folie aus einem Kern aus
einem polymerisierten Ester des Poylvinylalkohols mit einer perhalogenierten organischen
Säure besteht, der mit einer äußeren Schicht aus Polyvinylalkohol - dem Hydrolyseprodukt
des Esters des Vinylalkohols mit einer perhalogenierten organischen Säure - zu einem
Ganzen verbunden ist.
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Der hydrolysierte Teil der Folie wird danach durch Anfärben mit einem
dichroitischen Farbstoff in einen Lichtpolarisator übergeführt. Soll ein vorwiegend
neutraler Polarisator hoher Wirksamkeit hergestellt werden, so wird vorzugsweise
mit einer Lösung aus Jod und einem Jodid gefärbt, beispielsweise indem die Folie
mit der hydrolysierten Seite auf der Oberfläche einer geeigneten Farblösung oder
eines Farbbades schwimmen gelassen oder der Farbstoff z. B. mit einer Walze oder
einem Sprüher auf die Folienoberfläche aufgetragen wird. Zur Herstellung von Lichtpolarisatoren
gemäß der Erfindung können alle an sich bekannten dichroitischen Farbstoffe benutzt
werden. Die Behandlung mit gasförmigem Ammoniak ist besonders wirksam insbesondere
bei der kontinuierlichen Hydrolyse von Polyvinyltrifluoracetatfilmen; es können
zur Hydrolyse aber auch andere Methoden verwendet werden, z. B. eine Behandlung
der Filmoberfläche mit gasförmigen Aminen oder mit Dämpfen von höhersiedenden Aminen
oder eine Behandlung mit kaustischer Lösung, die z. B. mit einem Pinsel oder einer
Walze aufgetragen wird, z. B. mit wäßrigen Lösungen von Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd,
Natriumkarbonat und anderen Alkalien. Bei der Hydrolyse beider Oberflächen kann
der Film entweder kurz in die Hydrolyseflüssigkeit getaucht oder der Einwirkung
gasförmigen Ammoniaks ausgesetzt werden. Wird der Film mit Ammoniak behandelt und
später mit Jod gefärbt, so muß eine Verunreinigung des Jodbades durch Ammoniak vermieden
werden.
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Nachdem der hydrolysierte Teil des Films mit dem dichroitischen Farbstoff
gefärbt ist, wird der Film vorzugsweise in Wasser gewaschen und dann bei Zimmertemperatur
etwa 45 Sekunden mit einer gesättigten Lösung von Borsäure behandelt, um den lichtpolarisierenden
Teil des Films weniger flüssigkeitsdurchlässig zu machen. Bei vielen Anwendungen
erübrigt sich jedoch diese Nachbehandlung des Polarisierungsmaterials.
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Zur Herstellung zufriedenstellender Lichtpolarisatoren gemäß der Erfindung
ist es nicht erforderlich, die Hydrolyse der Filmoberfläche vollständig zu bewirken
oder eine Hydrolyseschicht von nennenswerter Dicke zu erzeugen, z. B. genügen 0,025
mm oder weniger.
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Bei der Hydrolyse des Esters zu Polyvinylalkohol ist ein mehr oder
weniger vollständig hydrolysierter Oberflächenteil des Films über einen abnehmend
weniger hydrolysierten Zwischenteil mit dem nicht hydrolysierten Träger fest verbunden.
Die hydrolysierte äußere Oberflächenschicht bildet so ein Ganzes mit dem Filmträger
und zeigt keine Neigung zum Ablösen. So wird also eine hinreichende Bindung zwischen
polarisierter Schicht und mechanisch stützendem Träger erzielt.
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Ein Polarisator gemäß der Erfindung ist sehr stabil und beständig
gegen hohe Temperaturen und Feuchtigkeit. Er ist z. B. trockener Wärme von 66° C
gegenüber völlig stabil und zeigt selbst bei Temperaturen von 93° C nur geringe
Farbveränderungen ohne nennenswerte Schwächung seiner Polarisierungswirkung. Bei
hoher Feuchtigkeit, z. B. bei einer relativen Feuchtigkeit von 9504, ist er auch
bei Temperaturen von 32° C während einer längeren Zeitdauer stabil.
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Der Polarisator gemäß der Erfindung eignet sich besonders, wenn billige,
wirksame, mechanisch stabile und frei tragende Lichtpolarisatoren gefordert werden,
wie z. B. für stereoskopische Betrachtungsgeräte, Sonnenbrillen und ähnliche Verwendungen.