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B E S C H R E I B U N G "Verfahren zur erstellung eines orientierten
Kunststoffilmes, insbesondere zur Verwendung als Polarisationsfolie".
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filmen und
Fasern, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von für polarisiertes Licht durchlässigen
Gegenständen.
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Die Herstellung von Polymerfilmen und polarisierenden sowie doppelbrechenden
Gegenständen in Form von Filmen und Pasern ist bereits bekannt. Bisher wurden Polarisationsfilme
und Fasern durch Dehnung und Färbung hochpolymerer Plastikstoffe hergestellt, was
einige Nachteile mit sich bringt. Einige dieser Nachteile ergeben sich aus den verwendeten
Stoffen, andere aus der Art der Herstellung dieser
Gegenstande.
Derartige Polarisationsfilme oder Fasern entbehren einer genügenden Härte, Stabilität
bei Vorliegen erhöhter Temperaturen und Lösungsmittel sowie Wetterbeständigkeit.
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Gemäß dem Stand der Technik gibt es zwei Dehnungsverfahren zur Orientierung
und Kristallisierung polymerischer Stoffe mit langen Kettenmolekülen, Diese beiden
Dehnungsarten werden'in Ausdrücken des Zustandes des verwendeten Polymers zum Zeitpunkt
des Streckungsvorganges als"Pestkörperstreckung" oder "gummielastische Streckung"
bezeichnet.
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Bei der "Festkörperstreckung" befinden sich die linearen Hochpolymere
in einem Zustand, in dem sie wenig oder kein Lösungsmittel oder Weichmacher enthalten
und sich nicht auf einer zu stark erhöhten Temperatur befinden. Die Verfahren, nach
welchen diese Polymerform ausgedehnt wird, werden oftmals als "Kaltstreckung' bezeichnet.
Der Ausdruck tEaltstreckung" bezieht sich nicht auf die Temperatur des Polymermaterials
sondern vielmehr auf eine Ausdehnung des Materials in einem Zustand, welcher unterhalb
des Erweichungs-oder Schmelzpunktes des Polymers liegt. Obgleich die Stoffe als
im"Bestzustand"befindlich bezeichnet werden, wenn eine Kalt streckung erfolgt, haben
die Moleküle des Polymers genügend Bewegungsfreiheit zur Durchführung der Dehnung
ohne Bruch. In dieser Hinsicht muß der "Festzustand" des linearen Hochpolymers von
dem"fest/spröden"Zustand unterschieden werden, welcher keiner Dehnung fähig ist.
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In dem Falle des Kaltstreckverfahrens besteht eine Neigung der orientierten
oder kristallisierten Streifen, bei einer Erwärmung oder beim Eintauchen in ein
quellendes Ldaungsmittel, auf ihre ursprüngliche Länge zusammenzufallen oder sich
zusammenzuziehen. Die Zusammenziehung tritt deshalb auf,
weil bei
höheren Temperaturen in der Molekularstruktur induzierte regellose Vibrationen ausreichen,
um die weichen Bindungen zu sprengen, welche die kristalline Struktur zusammenhal
ten; das gleiche gilt bei der Einführung starker Lösungsmittel, welche zwischen
das ausgerichtete schwach gebundene kristalline Gitter eindringen und dieses durch
einen Quellvorgang aufsprengen. Die Lösungsmittelmoleküle dringen zwischen die gedehnten
langen Kettenmoleküle ein, welche mit einer Vielzahl langer weicher Wendelfed ern
verglichen werden können, und ein Nachlassen der Dehnung kräfte erlaubt eine Zusammenziehung
derselben auf ihre urspringliche Gestalt.
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Lineare Hochpolymere, welche in dem "gummielastischen" Zustand gedehnt
werden, weisen - wie vorangehend erwähnt -die Eigenschaften vulkanisierten Gummis
auf. Sie werden in diesem Zustand durch Zugabe einer wesentlichen ilenge Lösungamittel
oder eicmacher gebracht. Bei Erwärmung auf erhöhte Temperaturen ergeben einige der
linearen Hochpolymere auch die extreme Elastizität, welche durch den Ausdruck "gummielastisch"
beschrieben wird. In dem "gummielastischen" Zustand befindliche lineare Fochpolymere
wurden weiterhin insoweit mit vulkanisiertem Gummi verglichen, als das Material
unmittelbar in nahezu seinen Ctrsprungszustand zurückkehrt, wenn die die Polymere
dehnende Kraft weggenommen wird.
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Es wurde beobachtet, daLZ lineare Hochpolymere, welche sich in einem
durch den Ausdruck "gummielastisch" charakterisierten Zustand befinden, bei einer
Dehnung sich gleichförmiger als ein Gummiband verielten und eine Dehnung durch Anlegung
der Kraft fortzusetzer. war, bis die Grenze der Streckfähigkeit erreicht urde. Die
Orientierung verbessert sich anfänglich langsam, wenn irgendwo an dem gedehnten
Streifen
ein Zug anliegt und erreicht keine wesentliche oder hohe Orientierung, bis eine
Streckung nahe der Elastizitätsgrenze erfolgt isB.
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Das Verfahren oder der Prozess, durch welche die Moleküle gedehnt
wurden, oder der Zustand des Materials bei Dehnung beeinflussen oder führen nicht
das Gedächtnis-Verhalten oder die Pähigkeit des Zusammenziehens der ursprünglich
gewendelten, zufällig orientierten Moleküle herbei. Zwecks Erzielung von Stabilität
ist es jedoch notwendig, einen Zustand irreversibler Dehnung zu erzeugen, wie dies
im folgenden näher erläutert ist.
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von stabilen
orientierten nicht zusammenziehbaren Polymerfilmen, Bahnen oder Fasern, welche die
Nachteile bekannter Erzeugnisse vermeiden.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung doppelbrechender und
lichtpolarisierender Filme hoher optischer Klarheit, welche sich zum Niederschlag
auf einer aus Glas bestehenden oder plastischen Auflage eignen und hierauf eine
harte, dauerhafte und stabile Oberfläche bilden.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines sich nicht zusammenziehenden
Polarisationsfilmes, welcher sich bei Vorliegen von Sonnenlicht, Wärme oder Ldsungsmitteln
in seinen Eigenschaften nicht verschlechtert.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur
Herstellung stabiler, orientierter, nicht zusammenziehbarer doppelbrechender und
lichtpolarisierender Filme.
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Weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer kristallinen
Verbindung zur Herstellung derartiger Filme.
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Gelöst werden die vorangehenden Problemstellungen durch ein Verfahren
zur Erzeugung stabiler, orientierter, nicht zusammenziehbarer und weiterhin auch
lichtpolarisierender sowie doppelbrechender Polymerfilme, gemäß dem eine Substanz
mit 70 - 60 Gew.-% eines streckfähigen linearen organischen Polymers, 70 - 30 Gew.-
eines anorganischen Polymers, welches mit dem organischen Polymer chemisch bindungsfähig
ist, und - wenn Polarisationsfilme erzeugt werden sollen - 5 - 25 % eines dichroitischen
Materials in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt wird. Die so geschaffene
Substanz wird dann auf eine Gießfläche gebracht und getrocknet, wobei ein Film mit
zufällig orientierten Molekülen entsteht. Danach wird ein Teil des Filmes eingespannt
und von der Gießfläche abgezogen, wobei die organischen Polymermoleküle des ausgezogenen
Abschnittes in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Längsachse des ausgezogenen
Filmes ausgerichtet werden.
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Gleichzeitig wird die anorganische Polymerkomponente des Filmes in
benachbarte und parallele physikalische Beziehung zu der organischen Polymerkette
gebracht. Als Ergebnis dieser Annäherung wird das anorganische Polymer unmittelbar
mit dessen parallel angeordneten organischen polymeren Kettennachbar verbunden oder
an diesen durch eine chemische. Nachbarreaktion zwischen funktionellen Gruppen angelagert,
die in jedem der Polymermoleküle vorliegen.
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Schließlich bildet das dichroitische Material der Verbindung, sofern
es vorliegt, Zwischenkristalle mit dem Film zur Erzeugung eines stabilen, orientierten,
nicht zusammenziehbaren Licht polarisierenden Filmes.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Streifen aus erfindungsgemäß hergestelltem
Polymermaterial in Draufsicht zur Veranschaulichung der Art und Weise, nach der
das Material plötzlich von dem festen amorphen Zustand in einen kristallin orientierten
Zustand durch einen irreversiblen Kaltstreckprozeß gebracht wird, Fig. 2 eine Veranschaulichung
des Kaltstreckprozesses nach Fig. 1 in Seitenansicht, wobei zur Verdeutlichung die
Filmdicke vergrößert dargestellt ist, Fig. 3 einen Kräfteplan zur Veranschaulichung
des Prozesses nach Fig. 2, Fig. 4 einen Teilausschnitt von Fig. 2 in stark vergrößerter
sowie etwas schematisierter Darstellung zur Veranschaulicng der Art und Weise, in
welche die gleichzeitigen Ausrichtungs-und Bindevorgänge nach der Erfindung im Sinne
der Erzeugung eines dauernd orientierten Polymerfilmes oder einer Faser vor sich
gehen, Fig. 5 einen Verfahrensplan zur Veranschaulichung der Aufeinanderfolge der
Verfahrensstufen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1 und 2, ist das verallgemeinerte
Verfahren zur Herstellung dauernd orientierter Polymerfilme gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
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Eine Auflage 11, beispielsweise Mylar, leflon, Glas, Metall
oder
anders geeignete Stoffe, hält einen Film 12, welcher aus einer Lösung durch Gießen
hergestellt und im wesentlichen getrocknet wurde, um die meisten flüchtigen Lösung
bestandteile zu eliminieren. Eine durch den Pfeil F veranschaulichte gleichförmige
Spannung wird auf einen Abschnitt des Filmes, beispielsweise den Streifen oder die
Faser 13, welche gegenüber der Gie3oberfläche 14 angehoben ist, ausgeübt, was eine
Streifen- oder Fasergeschwindigkeit V2 ergibt Die Gießfläche 14 kann sich auch bei
einer geringeren Geschwindigkeit V1 während des Verfahrens nach Fig. 1 und 2 bewegen.
Erfindungsgemäß wird die Geschwindigkeit V1 so reguliert, daß die Linie, längs welcher
der Filmstreifen 13 die Auflage 14 verläßt, nachfolgend als Abzugslinie bezeichnet,
in einem stationaren Zustand gehalten wird, wenn ein Abziehen des orientierten Materials
13 mit einer Geschwindigkeit V2 an der Abzugslinie 15 erfolgt; an diesem Blatt wird
die Dicke des Filmes plötzlich vermindert, und der Film wird innerhalb eines mikroskopischen
Übergangsabstandes D plötzlich orientiert. ueber diesen engen Bereich D hin vermindert
sich die Dicke des Filmes von "t" auf "at' mit der Beziehung 0,3 < a < 0,6.
Die Breite des Filmes w reduziert sich langsamer von w" auf bw", wobei 0,5 <
b < 0,7 ist. Eine bevorzugte Dicke t liegt in der Größenordnung von 3 - 10/u,
und der Abstand D entspricht dem Wert kt, wobei k in der Größenordnung von 1 - 10
liegt.
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Gemäß dem Kräftediagramm von Fig. 3 stellt die Kraftkomponente F1
senkrecht auf der Oberfläche 1. Der Winkel 0 von Fig. 2 und 3 stellt den Winkel
zwischen dem gedehnten Teil des Filmes t3 und der Gießfläche 14 beginnend mit der
Abzugslinie 15 dar. Um die Kraftkomponente F1 klein zu halten, muß der Winkel Q
ebenfalls gering sein, nämlich in der Größenordnung von 0,1 - 10°. Die Adhäsion
des gegeossenen Filmes 12 an der auflagefläche 14 muß etwas geößer als
die
Kraft F1 sein. Die Kraftkomponente F1 muß gering sein, um zu verhindern, daß der
Film 2 an der Abzugslinle 15 zu schnell von der Oberfläche abgehoben wird. Es ergab
sich, daß der Winkel 0 sehr wichtig als Steuerfaktor für das Dehnungsverhältnis
ist, da größere Debnungsverhältnisse bei geringeren Winkeln 0 und umgekehrt erzielbar
sind. Somit wird die Kraft F in erster Linie zur Ausdehnung des Filmes 13 verwendet,
welcher sich in dem Festzustand befindet, ohne den Ausgleich des nichtorientierten
teiles des Filmes gegenüber der Oberfläche 14 aufzuheben. Das Verhältnis R - V2/V1
kann in der Größenordnung von 2 - 10 in Abhängigkeit von den verwendeten Stoffen,
dem Winkel Q und der Dehnungsgeschwindigkeit des Prozesses liegen.
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In Fig. 4 und 5 ist der verbesserte erfindungsgemäße Prozess zur Herstellung
stabiler, orientierter, nicht zusammenziehbarer Filme dargestellt. Fig. 4 ist eine
bildliche Veranschaulichung der Verfahrensschritte; Fig, 5 ist ein achematischer
Plan, in welchem die Verfahrensschritte auf einen derfolgend aufgezeigt sind.
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Gemäß diesen Figuren besteht der erste Schritt des erfindungsgemäßen
Verfahrens in der Bildung einer polymerixchen Zusammensetzung. Zur Klarßtellung
werden zum Gießen geeignete polymerische Filme oder doppelbrechende Filme ohne dichroitisches
Material als kristallisierende Verbindungen bezeichnet. Verbindungen zum Gießen
leichter polarisierender Filme oder Fasern werden als polarisierende Verbindungen
bezeichnet. Beide Verbindungen sind jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung durch
Streckung kristallisiert.
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Beide Verbindungen, nämlich die polarisierenden und kristallisierenden,
werden aus folgenden Grundstoffen in den ntohstehend aufgeführten Mengen hergestellt:
KRISTA#LLISIERENDE
ODER POLARISIERENDE VERBINDUNG Gew.-Teile (i) Lineares organisches Polymer 30 -
60 (2) Anorganisches Polymer 70 - 30 (3) Dichroitisches Material 0 - 25 (4) Weichmacher
0 - 20 (5) Querverbindungszusatz O--2 Lösungsmittel 100 - total Der lineare organische
Polymerbestandteil der kristallisierenden oder polarisierenden Verbindung ist ein
langes Kettenpolymer, wie es in der Technik bekannt ist; das Polymer widersteht
im Festzustand Zugkräften über eine Zeitdauer, während der die Kraft zunimmt, dehnt
sich dann oder gibt ganz plötzlich nach, wobei eine plötzliche und sehr gleichförmige
Ausrichtung der Moleküle längs der Dehnungslinie fast augenblicklich erfolgt. Das
organische Polymer besitzt funktionelle Gruppen, welche sich chemisch mit dem anorganischen
Polymerbestandteil verbinden, wie dies im folgenden noch näher erläutert ist. Eine
bevorzugte funktionelle Gruppe ist die Hydroxylgruppe, obgleich auch Haloamid-,
epoxy-, Carboxyl-, Carboalkoxyl-, Alkoxyl-, Azyl-, Ester-, Amino-, Hab-, Zyano-,
Sulfonamid-, Zyanoalkyl-, Halosulfonamigruppe und dergleichen für diesen Zweck ebenso
brauchbar sind Eine andere wiinschenswerte Eigenschaft des organischen Polymerbestandteils
ist die Lösungsmittelverträglichkeit mit dem
anorganischen Polymer,
wie dies dem Fachmann ohnehin bekannt ist.
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Geeignete organische Polymerstoffe umfassen längliche, IIydroxylgruppen
enthaltende Vinylpolymere von hohem Molekulargewicht, beispielsweise Polyvinylalkohol,
Polyvinylchlorid und deren Kopolymere, beispielsweise mit Azetat, Azetal, Ketalpyrrolidin,
Acrylonitril und dergleichen, einschließlich Polyvinylformal, Azetal, Proprional-Butyral
und Isobutyral. Polyester, Polyamide und andere dehnbare filmbildende Polymere können
genauso gut verwendet werden. Polyvinylalkohol ist ein besonders brauchbares Material,
da es im Festzustand dehnbar ist und funktionelle Hydroxyl seitenketten besitzt,
welche sich mit Restgruppen des anorganischen Polymers gut kondensieren können.
Bs hat auch eine besondere Affinitat für dichroitische e Substanzen, Geeignete anorganische
Polymere enthalten Restgruppen, beispielsweise von der vorangehend erwähnten Art,
für das organische Polymer, welches sich selbst an das orientierte organische Polymer
anlagert. Geeignet sind die Polysilikate oder Polysiloxane und äquivalente Strukturen
aus Titan, Vanadium, Zirkon, Zinn, Phosphor und dergleichen einschließlich Polytitanate,
Stannate, Germanate, Vanadate, Zirkonate, Phosphate und polyphosphorische Polymere
sowie Gemische hiervon. Fünf bis zein Prozent Polytitanate vermischt mit einem Polysiloxan
vermindert die Wassersaugfähigkeit bei dem fertiggestellten Erzeugnis. In den meisten
Fällen ist es vorzuziehen, alkylsubstituierte Polymere zu verwenden, welche von
Tetrabutyltitanaten, Isopropyltitanaten und Titanlactan abgeleitet sind; diese Stoffe
können nach bekannten Verfahren erzeugt werden.
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Die Polysiloxane haben die allgemeine Formel
[RaSi°
(4~a)/2] wobei R Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkaryl, Aralkyl, einschließlich Methyl,
Vinyl, Phenyl, Tolyl, Benzyl, Cumyl, Naphthyl, Biphenylyl und Terphenyl darstellt;
R ist grösser als Null, jedoch kleiner als 4. Polysiloxan-Polymere weisen allgemein
Silanol oder Alkoxy-Restgruppen auf, welche Kondensationspolymere durch Reaktion
mit den funktionellen-Gruppen des organischen Polymers bilden können.
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Das Vorliegen der anorganischen Polymerbestandteile der Zusammensetzung
ergibt eine stabile, in hohem ISße orientierte Polymerkristallverbndung, welche
kompakt und unempfindlich gegenüber einer wesentlichen Einwirkung von Temperatur
oder Lösungsmittel ist.
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Polymerfilme und nicht polarisierende Erzeugnisse von aussergewöhnlicher
Stabilität bei Vorliegen von Wärme und Lösungsmitteln. sowie mit einer vollständig
irreversiblen und nicht rückgängig zu machenden Dehnung können mit einem hohen Anteilsgehalt
von.polymerisierten anorganischen Stoffen in sich ändernden Anteilen von 30 - 70
% des Totalgewichtes der polarisierenden Verbindung hergestellt werden.
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Die Natur des dlchroitischen Materials ist nicht kritisch.
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Jedes derartige in der Technik bekannte Material kann verwendet werden.
Eine besonders wirksame dichroitische Substanz ist Jod, welches mit den rolymerstoffen
Zwischenkristalle bildet. Andere Stoffe gehören zu der Klasse von chemischen Verbindungen,
welche der unmittelbaren Baumwollfärbung zugeordnet sind.
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Die Menge an verwendetem dichroitischen Material kann in Abhängigkeit
von
der Art des benötigten Polarisators und der Natur des verwendeten diehroitischen
Materials abhängen. Es ergab sich jedoch, daß Bereiche zwischen 5 GX - 25 Gew.-Teilen
der Verbindung am günstigsten sind. Bei Erzeugnisaen, beispieluweise Polymerfilmen
und doppelbrechenden Pårn, iut kein dichroitisches Material erforderlich, Das Vorliegen
entweder des Weichmachers oder des monomerischen Querverbindungszusatzes ist in
den kristallisierenden oder polarisierenden Verbindungen freigestellt. Günstige
Ergebnisse lassen sich mit bestimmten Verbindungen ohne diese Zusätze erzielen.
Das Vorliegen eines zeitweilig wirkenden Weichmachers erleiohtert jedoch den Dehnvorgang.
Der Weiohmaöher umfaßt allgemein ein flüssiges Monomer, welches entweder mit dem
anorganischen oder dem organischen polymer reagiert.
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Beispielsweise reagiert Glycerin, welches anfänglich als zeitweiliger
Weichmacher wirkt, mit einem Siloxanpolymer und verbleibt in der Struktur nach der
Dehnung, webei ein geeigneter Polarisationsfilm gemäß der wird.
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Wahlweise kann der zeitweilige Weichmacher von einer Art sein, welche
nach dem Dehnungskristallisationsvorgang verdampft. Andere Weichmacher umfassen
Äthylenglykol, Triäthylenglykol, Tetraäthylen, Hexaäthylen und Nonsäthylenglykole,
Xthanolazetamid, Äthanolformamid, formamide und Äthenolaminsalze.
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Wenn Jod als dichroitisches Material verwendet wird, erweist sich
beispielsweise ein monomerischer Querverbindugmzusatz, beispielsweise Borsäure oder
Borax, als sehr geeignot. Andere Querverbindungsstoffe, beispielsweise Titanlaotan,
Glyoxal und Diphenyldisozyanat knnen verwendet werden, um die Struktur weiter unlöslich
su un chen.
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Das Lösungsmittel in dieser Zusammensetzung hängt von den besonderen.
polymerischen Bestandteilen ab. Insbesondere umfaßt es Gemische von Wasser und Alkoholen,
obgleich auch andere mit Polymer verträgliche Lösungsmittel, beispielsweise Dimethylformamide,
genau so gut verwendbar sind. Vorzugsweise in dem Fall von Wasser/Ålkehol-Gemischen
wird ein Alkohol, beispielsweise n-Propanol oder Isopropanol, gewählt, welcher nahezu
in dem gleichen Maße verdampft, so daß die fö sungsmitte:lzusammensetzung nicht
gestört wird und alle Stoffe in Lösung oder fester Lösung verbleiben.
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In Verbindung mit der'verallgemeinerten, vorangehend beschriebenen
Verbindung ist es wünschenswert, daß die Polymerbestandteile innerhalb der angezeigten
Bereiche gehalten werden. Wenn beispielsweise die Menge des linearen organischen
Polymers unter 30 Gew.-Teile vermindert wird, verliert die Zusammensetzung die physikalische
Festigkeit, welche zur Ausdehnung notwendig ist, und die Verbindung wird zu spröde.
Wenn die Menge des linearen organischen Polymers 60 Gew.-Teile erreicht, entbehrt
andererseits die Verbindung der Vorteile der stabilisierenden Eigenschaften des
anorganischen Polymers. Wenn die Verbindung weniger als 30 Gew.-Teile des anorganischen
Polymers enthält, kann das fertiggestellte Erzeugnis schrumpfen oder sich unter
bestimmten Wärme- oder Lösungsmittelbedingungen verändern.
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Mehr als 70 Gew.-Teile von anorganischem Polymer in der Zusammensetzung
können ein Gemisch ergeben, welches zum Ausziehen zu spröde ist.
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Wenn weiterhin mehr als 20 Gew.-Teile eines zeitweiiigen lteichmachers
verwendet werden, wird der fertiggestellte oder gegossene Film nicht genügend hart
und ist weniger stabil.
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Diese Struktur quillt oder schrumpft, wenn sie einem Lösungsmittel
ausgesetzt wird. Die an der Abzugslinie erzeugte
Ausrichtung während
des Dehnvorganges ist dann auoa nicht in dem M6ße irreversibel, wie dies wünschenswert
ware.
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Jeder Bestandteil wird getrennt hergestellt und danach vermischt,
um die'gewunschte Verbindung zu erreichen. Vorzugsweise wird der Mischvorgang in
einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt. Beispielsweise ist es wünschenswert, zuerst
beide Polymerbestandteile miteinander zu kombinieren und danach das dichroitische
Material unter Rühren, zuzugeben, bis die Lösung gleichförmig und gut flüssig ist.
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Es kann ein bestimmtes Bestreben der Lösung bestehe zuerst zu gelieren,
jedoch wird bei Fortsetzung eines kräftigen Rührens eine glatte Lösung erzielt.
Die dergestalt erzeugten lösungen sind in brauchbarer Weise stabil und können über
einige Tage verwendet werden, bevor eine irreversible Gelierung stattfindet.
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Die gemäß den vorangehenden Ausführungen hergestellte polarisiedende
Lösung wird dann einer Druckfilterung durch ein poröses Keramikfilter unterzogen
und weiterhin umgerührt, damit die lösung in ihrer Viskosität homogen bleibt und,
das Aufsteigen von Blasen ermöglicht wird; wenn die lösung blasenfrei ist, was normalerweise
nach etwa einer Stunde eintritt, ist diese zum Vergießen auf eine geeignete nicht
reagierende Oberfläche fertig, Nach dem Gießen wird die Verbindung über eine Periode
von 15 bis 30 Minuten getrocknet. Zu dieser Zeitpunkt ist dann der erzeugte Film
im wesentliohen trocken und im Festzustand. Jedooh sind die Moleküle des Pilmes
vollkommen zufällig orientiert.
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Der vorangehend erwähnte Prozeß ist in Fig. 4 schematisch dargestellt;
hierbei stellen die Bezugsziffer 14 die Gießfläche, die Bezugsziffer 12 den amorphen
gegossenen Film und die Bezugsziffern 20, 21 und 22 lange organische Kettenpolymermoleküle
mit
reagierenden Seitengruppen, veranschaulicht durch Linien 25 dar; mit diesen ist
ein anorganisches Polymermaterial gemischt, welches durch die dickeren Linien 23,
24 dargestellt ist; zusammen reagierende Gruppen sind als Linien 26 veranschaulicht.
Diese Moleküle liegen in diesem Bereich in einer zufällig gewendelten Konfiguration
im Raum vor und stellen eine Veranschaulichung eines amorphen Zustandes dar.
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Wenn das Gießgemisch trocknet, wird es pechschwarz; der gegossene
Film 13 wird stetig gedehnt und von der Gießfläche längs einer scharfen geraden
Linie 15 abgezogen, wie dies in Fig. 1 und 4 gezeigt ist.
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In dem durch die Bezugsziffer 15 veranschaulichten Bereich von Fig.
4 wird das Material zusammengezogen und orientiert, wenn die Moleküle parallel ausgezogen
werden. In dem reich 27 von Fig. 4 sind die organischen Polymermoleküle 20, 21,
22 voll in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Längsachse des gedehnten
Filmes ausgerichtet. Gleichzeitig werden die anorganischen Polymermoleküle 23 und
24 innerhalb des Filmes in nächste reagierende physikalische Beziehung mit den auf
diese Weise orientierten organischen Polymermolekülen, vorzugsweise in parallele
Beziehung gemEß Pig. 4 gebracht.
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Die Moleküle der zusammen reagierenden Polymere werden parallel gezogen,
so daß die funktionellen Gruppen längs der parallelen Ketten selbständig reagieren
können und somit die Ketten durch starke chemische Bindungen dauernd miteinander
verbinden. Darauf wird eine kondensierte Polymerkette 28 innerhalb des Filmes gebildet.
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Diese "Nähenreaktion" stellt tatsächlich einen neuen metastabilen
Zustand
dar, in welchem die reagierenden Bestandteile in dem amorphen Zustand ruhend vorliegen
und miteinander reagieren, so bald ein gewisses Maß an ausrichtender Orientierung
oder Kristallinität durch Streckung der Moleküle des linearen Hochpolymers in Parallelität
erreicht ist, wobei die Komponenten zu der Reaktion in dichtere physikalische Berührung
gebracht werden. Eine derartige Reaktion oder Anlagerung hat die Wirkung der Erzeugung
einer irreversiblen Dehnung. Anders ausgedrückt wird ein Material ausgezogen und
gleichzeitig der "Nähenrecaktionn unterworfen, wobei es gegenüber Wärme- oder LösungsmitteleinfluB
widerstandsfähig wird und sich somit nachfolgend nicht mehr mit seiner Folge zusammenziehen
kann, was eine mögliche Rückkehr in den amorphen Zustand ergeben könnte Das Dichroitische
material wird dann mit dem ausgedehnten Film zwischenkristallisiert, wenn der Film
polarisierende Eigenschaften aufweisen soll. Die Atome oder Moleküle des dichroitischen
Materials werden wahrscheinlich zwischen den aktiven Gruppen der langen organischen
Polymers ketten angeordnet.
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Wenn sich der Film von der Gießfläche abzieht, wird er unmittelbar
transparent, neutral in Schattenwurf und Aussehen und besitzt ausgezeichnete Polarisationseigenschaften.
Der Film kann von der Gießfläche abgezogen und stetig auBgezogen werden. Der polarisierende
Film kann an diesem Punkt über eine kurze Zeit leicht deformiert und an gekrummten
Flächen auf Wunsch zum Anhaften gebracht werden. Beispieleweise ist es möglich,
den polarisierenden Film kurz nach seiner Erzeugung unmittelbar auf eine gekrümmte
Linsenoberfläche aufzuschichten, um polarisierende Linsen zu erzeugen.
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Wegen Resthestandteilen der Lösungsmittel, welche noch in dem Film
verbleiben und wegen noch nicht an der Reaktion beteiligten Gruppen wird ein Anhaften
an bestimmten Oberflächena beispielsweise Glss oder Plastik durch eine chemische
Bindung in günstiger Weise erreicht. Wenn jedoch der Film in natürlicher Weise zum
Trockn;n gebracht wird oder Restlösungsmittel durch Erhitzung schnell ausgetrieben
wird, beispielsweise über zwei Stunden bei 90°C sowie nachfolgende Erwärmung über
5 bis 10 Minuten bei 1400C, ergibt sich eine extrem harte unlösliche Oberflächenschicht.
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Diese Schicht zieht sich bei weiterer Erwärmung oder Lösungsmitteleinwirkung
nicht zusammen und ist gegenüber allgemeinen Wetterbedingungen stabil.
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Bei der Nähenreaktion kann eine zweite chemische Verbindung durch
Kondensation gebildet werden, welche danach von dem Film entfernt wird. Wenn beispielsweise
Wasserstoff und Alkoxydgruppen reagieren, wird ein freier Alkohol erzeugt, welcher
von der Oberfläche in Porm von Gas 29 abdampft.
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Beispiel 1 Eine polarisierende Substanz wird aus den folgenden Lösungen
AA, BB, CO und DD hergestellt.
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Organisches Polymer AA Gew.-Teile Polyvinylalkohol von hohem Molekulargewicht
200 n-Propanol 200 destilliertes Wasser 600
Gepulverter Polyvinylalkohol
wird zuerst in eine Paste mit dem Alkohol und dem n-Propanol gemischt und danach
wird unter Umrühren destilliertes Wasser zugegeben. Die Substanz wird dann unter
fortdauerndem Umkehren auf 70° Uber einige Stunden erwärmt, bis eine vollständige
Lösung stattgefunden hat. Die Lösung wird dann durch ein Keramikfilter g.f iitert,
um eine klare Lösung zu erhalten.
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Anorganisches Polymer BB Gew. -Teile H2° plus 1 - 39 % HCl 150 Tetraäthylorthosilikat
850 Die Mischung des Tetraäthylorthosilikates wird in einer stöchiometrischen Konzentration
von verdünnter S§ute vollständig zum Reagieren gebracht, indem die Bestandteile
kräftig umgerührt werden, so daß eine genügende Mischbarkeit erreicht wird, um die
Reaktion einzuleiten, wonach die Reaktion bis zur Beendigung fortschreitet. Dam
Umrühren wird über etwa 5 Minuten fortgesetzt, bis eine klare Lösung erhalten wird.
Während und nach dem Umrühren steigt die Lösungstemperatur auf etwa 60°c. Diese
Xemperatur wird über etwa eine Stunde aufrechterhalten, indem das Material bei dieser
Temperatur in einem Ofen eingesetzt wird. Danach wird die Lösung auf Raumtemperatur
abgekühlt und über etwa eine Woche bei etwa 10 bis 15°C gelagert; während dieser
Zeit dickt die Lösung ein und geliert infolge Fortsetzung der Polymerisation. Eine
derartig hergestellte Lösung ist stabiler und geliert weniger schnell als Lösungen
mit einer niedrigeren Konzentration von Polysilikaten. Für den Zweck des Verfahrens
kann die Lösung bis zu 4 bis 5 Tage nach der Lagerung bei derart niedrigen Temperaturen
verwendet
werden. Auf diese Weise hergestellt enthält das hydrolysierte Tetraäthylorthosilikat
zwei oder mehr monomerische Moleküle, welche sich durch Elimination des athylalkohols
aneinander anschließen. Die Siliciumatome sind durch Sauerstoffbrücken verbunden
und von reagierenden Athyloxydgruppen umgeben, wobei sich eine lineare polymerische
anorganische Kette ergibt, welche als ein Siloxan bekannt ist. Durch dieses Verfahren
wird eine Konzentration von fast 25 % Polysilikat lediglich in einer Lösung von
Äthylalkohol hergestellt. us dieser Lösung hergestellte Verbindungen haben einen
hohen Anteil an Feststoffen, welche die Erzeugung von verhältnismäßig dicken Pilmen
ermöglicht.
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Dicliroitisches Material CC Gew.-Teile Jod 200 Äthanol 800 Zur Herstellung
dieser Lösung wird dem alkohol Jod zugefügt, die Zusammensetzung auf 7000 erwärmt
und das Gemisch danach umgerührt, bis alles Jod aufgelöst ist, tach Abkühlung wird
die Lösung durch ein gesintertes Glasfilter gefiltert.
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Zeitweiliger Weichmacher und Querverbindungszusats DD Gew.-Teile
Glycerin 85 Borsäure 15
Die Borsäure ist sehr gut in dem Glycerin
löslich und wird elediglich umgerührt und durch ein Keramikfilter gefiltert.
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Die Lösungen AA und BB werden danach miteinander gemischt und darauf
die Lösung DD zugegeben, wobei beständig umgerührt wird, bis eine gleichförmige
Lösung eitsteht. Danach wird die Lösung CC zugegeben und beständig umgerührt, bis
die Lisung gleichförmig ist und ein gutes Fließverhal ten zeigt.
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Polarisierende Verbindung EE Lösung % Feststoffe gesamte Lösung Lösung
total % Feststoffe AA 20. 35. 175.
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BB 24.6 50. 200.
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DD 100. 7. 7.
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CC 20. 8. 40 425.
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Feststoffe in der Gesamtlö sung entspre chend 23,5 %.
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Mach einer Dehnung der Polarisa tionssubstanz EE nach Art der vorangehend
beschriebenen Verfahrensstufen ergibt sich ein stabiler, nicht schrump fender Licht
polarisierender Film hoher Dauerhafti gkeit und Weiderstand sfähigkeit gegenüber
Lösungsmitteln und Temperaturen.
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B e i sp i e l 2 Eine kristallisierende Supbtanz wird gemäß dem ersten
Beispiel durch Vermischung der Lösungen AA sowie BB nebst nachfolgender
Zugabe
der Lösung DD-hergestellt. Nach der. Dehnung dieser Zusammensetzung ergibt sich
ein -permanent orientiert er doppelbrechender Film mit den gewunschten physikalischen
Eigenschaften des Licht polarisierenden Filmes B e i s p i e 1 3 Eine polarisierende
Substanz wird durch Mischung der Lösungen AA sowie BB nebst-nachfolgender Zugabe
der Lösung CC hergestellt. Nach Behnung dieser Zusammensetzung auf einer Gießoberfläche
in der beschriebenen Weise wird ein stabiler., orQientierter, nicht schrumpfender,
Licht polarisierender Film erzeugt.
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Beispiel 4 Wenn äquivalente Mengen an Polyvinylalkoholazetatkopolymer,
Polyvinyl-Butyral, Polyvinyl-Alkohol-Pyrollidin-Kopolymer und Polyvinyl-alkohol-akrylonitril-Kopolymer
anstelle des Polyvinylalkohols gemäß den Beispielen 1 bis 3 verwendet werden, ergeben
sich orientierte, doppelbrechende und Licht polarisierende Filme.
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B e i-s-pN wird Unter Verwendung äquivalenter Mengen von Polytitanaten,
Polystannaten, Polygermanaten, Polyvanadaten, Polyzirkonaten und Polyphosphaten
anstelle von Polysiloxan gemäß den Beispielen 1 bis 4 ergeben sich stabile, orientierte,
nicht schrumpfende polymerische, doppelbrechende sowie Licht polarisierende Filme-,
welche gegenüber Temperaturen und Lösungsmitteln stabil sind.
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Wenn die Konzentration der Lösung AA zwischen 30 und 60 Gew.-Teilen
der Gesamtzusammensetzung, die Lösung BB swischen 70 und 30 Gew.-Teilen, die Lösung
CC zwischen O bis 25 Gew.-Teilen und die Lösung DD zwischen 0 bis 2 Gew.-Teilen
gemäß den obigen Beispielen 1 bis 5 variiert wird, ergeben sich Filme mit den gleichen
vorteilhaften Eigenschaften wie vorangehend beschrieben.
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PATENTANSPRÜCHE: