DE3148787A1 - Waermebestaendige polarisationsfolie - Google Patents

Description

• WärmebeständjRe Polarisationsfolie
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wärmebeständigen Polarisationsfolien aus hochpolymeren und lichtdurchlässigen Filmen.
• Polarisationsfolien werden vornehmlich durch Einlagerung von Jodmolekülen in Cellulosepolymere oder Polyvinylalkohol hergestellt. Nachteilig ist bei diesen Folien, daß sie langzeitig nicht mehr als 650C bei 85 % relativer Luftfeuchte aushalten. Insbesondere wird unter diesen Bedingungen das Jod ausgewaschen.
• Es ist weiterhin bekannt, daß polarisierend wirkende Folien durch Einmischen von dichroitischen Farbstoffen in Kunststoffe und anschließendes Recken oder durch Bedrucken von Kunststoffolien mit dichroitischen Farbstoffen hergestellt wurden. Der Polarisationsgrad der Folien war jedoch gering.
• Kunststoff-Displays mit eingelagerten Flüssigkristallen wurden der Öffentlichkeit kürzlich von verschiedenen Firmen vorgestellt.
• In gefärbten Displays ohne Polarisationsfolien werden den Flüssigkristallen dichroitische Farbstoffe zugesetzt, die sich in die flüssigkristalline Phase einlagern und zusammen mit den Flüssigkristallen zwischen einem absorbierenden und einem lichtdurchlässigen Zustand geschaltet werden. Die eingelagerten Farbstoffe sind langgestreckte Moleküle, die im lichtdurchlässigen Zustand polarisierend wirken. Solche Farbstoffe werden von einzelnen Firmen bereits vertrieben.
• Mischt man solche Farbstoffe einem transparenten Kunststoff zu, extrudiert daraus eine Folie und reckt diese, so ergibt sich daraus ein gewisser Polarisationsgrad. Der so erzielte Polarisationsgrad wird jedoch immer niedriger liegen als in einem wesentlich geordneteren Flüssigkristall.
• In den Figuren 1 und 2 ist ein amorphes Polymer mit Farbstoffmolekülen dargestellt, und zwar in der Figur 1 der ungereckte und in der Figur 2 der gereckte Zustand. In einer Folie 1 sind dichroitische Farbstoffmoleküle 2 zwischen Polymerketten 3 im ungeordneten Zustand eingelagert. Eine Polarisationswirkung ergibt sich bei diesem Aufbau nicht. Aus der Figur 2 ist zu ersehen, daß durch das Recken die Farbstoffmoleküle nur teilweise geordnet wurden. Es ergibt sich jedoch keine besonders gute Ordnung, wie das Vorhandensein ungeordneter Farbstoffmoleküle 4 zwischen geordneten Farbstoffmolekülen 5 zeigen soll.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung von Polarisationsfolien mit höherer Wärmebeständigkeit anzugeben.
• In Kraftfahrzeugen können nämlich Temperaturen bis 90 0C auftreten. Die Folien sollen ferner gleichzeitig so konzipiert sein, daß sie Bestandteil eines Kunststoffdisplays sein können.
• Für die Lösung dieser Aufgabe müssen Folienwerkstoffe mit höherer Wärme- und Alterungsbeständigkeit ausgewählt werden als sie Polyvinylalkohol besitzt. Der Grundgedanke besteht darin, solche Polymere auszuwählen, bei denen sich Farbstoffe in besonderen Bereichen eines Polymeren bereits vororientieren können. Dies ist in einer zweiten beispielsweise kristallinen Phase der Fall. Die auszuwählenden Farbstoffe müssen möglichst hohe Molmassen be- sitzen und eine geringe Wasserlöslichkeit bei einer gleichzeitig geringen Wasseraufnahmefähigkeit des Polymeren, um das Auswaschen des Farbstoffes in feuchter Wärme zu verhindern. Im folgenden werden Maßanhmen angegeben, wie die Orientierung und die Transparenz verbessert werden können und wie die Farbstoffe durch Ausbildung chemischer Bindungen gegen Hydrolyse noch besser geschützt werden können.
• Die Aufgabe wird z. B. dadurch gelöst, daß der polarisierende Leerfilm, in dem dichroitische Farbstoffe eingebaut sind, aus einem Polymer besteht, dessen kristalline und amorphe Phase den gleichen Brechungsindex besitzen. Mit diesen Folien wird eine chemische Einlagerung der Farbstoffmoleküle erreicht, wie sie bei den bisherigen Folien, die aus Polyvinylalkohol und Jod aufgebaut sind, nicht.vorliegt, Das Jod kann durch Feuchtigkeit aus den bekannten Folien ausgewaschen werden.
• Polyvinylalkohol ist wenig alterungsbeständig.
• Im Rahmen der Erfindung kann als Polymer der unter dem Handelsnamen TPX bekannte Kunststoff Polypentenamer verwendet und gegebenenfalls durch Recken der Polarisationsgrad der durch die Kristalle vorgeordneten Phase erhöht werden.
• Teilkristalline Polymere sind im allgemeinen nicht hochtransparent, sie wirken trüb und sind lichtstreuend. Eine Ausnahme bildet der Kunststoff Polypentenamer. Dieser Kunststoff ist bis über 1000C wärmebeständig. Durch die kristalline Phase wird bereits eine Vororientierung des Farbstoffmoleküls erreicht, wie sie durch Recken der Folie noch verbessert werden kann. Bei üblicherweise zu amorphen Polymerfolien zugemischten Farbstoffen ergeben sich durch das Recken nur geringe Ordnungsgrade, weil sich die Polymerketten in amorphen Polymeren nur unvollständig orientieren lassen.
• Eine weitere Erhöhung des Polarisationsgrades läßt sich durch Verwenden eines teilkristallinen oder weitgehend amorphen Polyamids, z. B. Trogamid T, erreichen, sofern die Farbstoffe Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können. Dies ist z. B. bei Antrachinonen wie 1,4-subst.
• Anilino-4-hydroxyanthrachinone möglich. Durch Recken ergibt sich dann die gewünschte Farbstofforientierung.
• Die Vororientierung ist erfolgt in teilkristallinen Bereichen und bei Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindung.
• Die Transparenz der Folien muß nicht übermäßig groß sein, wenn die Foliendicke'relativ gering ist (kleiner 200 /um).
• Für die Anwendung bei einem Kunststoffdisplay können diese Folien auf einen hochtransparenten Träger, z. B.
• Polycarbonat, aufkaschiert werden. Polycarbonatfolien allein besitzen zwar die geforderte Stabilität von mehr 0 als 100 C. Sie sind jedoch amorph und dadurch beim Recken weniger gut auszurichten; sie besitzen keine Bereiche zur Vororientierung.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung können zur Erzielung hoher Polarisationsgrade Farbstoffe in den Kunststoff eingebunden werden, die in Flüssigkristallmischungen einen hohen Ordnungsgrad erreichen. So ist es z. B.
• möglich, bei 1,4-subst. Anilino-4-hydroxyanthrachinonen oder bei langkettigen aromatischen Azoverbindungen eine gute Orientierung in Flüssigkristallmischungen zu erreichen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung tragen die Farbstoffe des Ausgangsmaterials cokondensationsfähige Gruppen, wie z. B. OH-Gruppen, Carbonsäuregruppen, Amingruppen, die mit entsprechenden Monomeren, wie z. B.
• Bisphenol A und der entsprechenden Carbonsäure des Farbstoffes, umgesetzt werden. Für die Cokondensation läßt sich z. B. eine Umsetzung über die BE- oder OH-Oruppe des Farbstoffes in geringer Konzentration mit einem Dicarbonsäurechlorid in Gegenwart von Bisphenol A durchführen.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung tragen die Farbstoffe Doppelbindungen, die mit geeigneten Monomeren, wie z. B. Methylmethacrylat, copolymerisiert werden und dann an der Hauptkette des Polymeren Polymethylmethacrylat hängen. Für den Einsatz bei Copolymerisationen läßt sich eine Umsetzung der Farbstoff-Verbindungsklasse über die NH- oder OH-Gruppe z. B. mit einem doppelbindungshaltigen Säurechlorid erreichen (z. B. Methacrylsäurechlorid). Es entsteht z. B. der Methacrylsäure-Farbstoffester oder das Methacrylsäureamid. Farbstoffe, die bereits polymerisationsfähige Doppelbindungen tragen, können durch eine radikalische Polymerisation auf eine fertige Polymerkette, die noch reaktive Doppelbindungen enthält, z. B.
• Styrol-Rutadien mit sehr fein verteilter Butadienphase als Vororientierungs-Bereich, aufgepfropft werden. Über die OH- oder NH-Gruppen des Farbstoffes ist auch eine einfache chemische Reaktion zu einem azogruppenhaltigen Derivat möglich (z. B. Umsetzung mit einem Dichlorazoethan analog US Pat. 3 282 912 zu einem Azogruppen tragenden - also radikalbildend wirkenden - Farbstoffmolekül).
• Der azogruppen,tragende Farbstoff zerfällt unter thermischer Belastung in Radikale, die mit den Doppelbindungen oder z. B tertiären C-H-Gruppen einer Polymerkette reagieren können.
• Die Vorteile der chemischen Bindungen bestehen in der gegenüber einer Komplexbildung oder gar reinen Einlagerung ins Polymer wesentlich besseren Hydrolysebeständigkeit.
• Für die Auswahl der Farbstoffe gilt, daß neben den bereits genannten dlchroitischen Farbstoffen auch fluoreszierende Farbstoffe eingesetzt werden können. Insbesondere läßt sich auch der Polarisationsgrad der Emission von Fluoreszenzfarbstoffen durch die genannten Maßnahmen vergrößern.
• In der Anwendung als Kunststoffdisplays müssen diese Folien noch mit leitfähigen Schichten (z. B. Zinn-Indiumoxid) bedampft, mit Flüssigkristallen versehen und verschweißt werden.
• Die Erfindung wird anhand der Figuren 3 bis 6 erläutert.
• Es zeigen: I Figur 1 ein amorphes Polymer mit FarbstoffmoleLülen im ungereckten und Figur 2 im gereckten Zustand, Figur 3 ein teilkristallines Polymer im ungereckten Zustand und Figur 4 im gereckten Zustand, Figur 5 chemisch gebundene Farbstoffmoleküle im ungereckten Zustand und Figur 6 im gereckten Zustand.
• In den Figuren 3 bis 6 sind wiederum dichroitische Farbstoffmoleküle 2 zwischen Polymerketten 3 eingelagert.
• Mit 6 ist die kristalline Phase bezeichnet.
• In der Figur 4 ist der gereckte Zustand gezeigt, bei dem sich eine hohe Ordnung in der kristallinen-Phase und eine geringe Ordnung in der amorphen Phase entsprechend Figur 2 ergibt.
• Figur 5 zeigt eine Polymerkette 7, an die Farbstoffmoleküle 8 chemisch gebunden sind, die jedoch aufgrund der ungenügenden Kettenorientierung noch keine gute Polarisationswirkung zeigen können.
• In der Figur 6 wird der gereckte Zustand wiedergegeben, bei dem die Farbstoffmoleküle 7 an der Kette 8 in Vorzugsrichtung hängen.
• 8 Patentansprüche 6 Figuren Leerseite

Claims (8)

PatentansDrüche.

1. erfahren zur Herstellung von hochwärmebeständigen Pólarisationsfolien aus hochpolymerer und lichtdurchlässigen Filmen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der polarisierende Leerfilm, in dem dichroitische Farbstoffe eingebaut sind, aus einem hochwärmebeständigen Polymeren besteht, das eine zweite Phase zur Vororientierung der Farbstoffe besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der polarisierende Leerfilm, in dem dichroitische Farbstoffe eingebaut sind, aus einem Polymer besteht, dessen kristalline und amorphe Phase den gleichen Brechungsindex besitzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Polymer der unter dem Handelsnamen TPX bekannte Kunststoff Polypentenamer verwendet und gegebenenfalls durch Recken der Polarisationsgrad der durch die Kristallinen Anteile vorgeordneten Bereiche erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Erhöhung des Polansationsgrades ein teilkristallines oder weitgehend amorphes Polyamid, z. B. Trogamid T, Verwendung findet, sofern die Farbstoffe Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können.

5. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzielung hoher Polarisationsgrade Farbstoffe in den Kunststoff eingebunden werden, die in Flüssigkristallmischungen einen hohen Ordnungsgrad erreichen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Farbstoffe des Ausgangsmaterials cokondensationsfähige Gruppen, wie z. B.

OH-Gruppen, Carbonsäuregruppen, Amingruppen tragen, die mit entsprechenden Monomeren, wie z. B. Bisphenol A und der entsprechenden Dicarbonsäure, umgesetzt werden, z. B.

bei der Herstellung von Polycarbonat.

7. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Farbstoffe Doppelbindungen tragen, die mit geeigneten Monomeren, wie z. B. Methylmethacrylat, copolymerisiert werden und dann an der Kette hängen (Figur 5 und 6).

8. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Farbstoffe Doppelbindungen tragen und durch eine radikalische Polymerisation auf eine fertige Polymerkette, die noch reaktive Doppelbindungen enthält, z. B. Styrol-Butadien, aufgepfropft werden.