ES2324806B1 - SILOLATED COPOLYMERS WITH SILSESQUIOXAN GROUPS, ITS PREPARATION AND USE AS A HIGH PHOTOSTABILITY LASER MATRICES. - Google Patents

SILOLATED COPOLYMERS WITH SILSESQUIOXAN GROUPS, ITS PREPARATION AND USE AS A HIGH PHOTOSTABILITY LASER MATRICES. Download PDF

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Abstract

Copolímeros sililados con grupos silsesquioxano, su preparación y utilización como matrices láser de alta fotoestabilidad.Silylated copolymers with silsesquioxane groups, its preparation and use as high laser matrices photostability

La incorporación de los grupos silsesquioxano al copolímero se lleva a cabo a partir de monómeros con un número variable de dobles enlaces polimerizables por molécula de silsesquioxano, de uno hasta doce. Los copolímeros obtenidos, lineales y entrecruzados, presentan unas excelentes propiedades ópticas y altas fotoestabilidades, propiedades que les hacen especialmente aplicables como matrices sólidas para la fabricación de emisores de luz láser cuando a las mismas se les incorporan durante el proceso de su polimerización un colorante láser soluble en el medio de reacción y en el copolímero final obtenido. Los emisores láser así obtenidos presentan unas eficiencias superiores a las obtenidas con los colorantes comerciales, tanto en disolución líquida, como en otras matrices sólidas, siendo de destacar la alta fotoestabilidad que presentan estas matrices sililadas, incluso bajo condiciones extremas de trabajo.The incorporation of silsesquioxane groups into copolymer is carried out from monomers with a number polymerizable double bonds variable per molecule of silsesquioxane, from one to twelve. The copolymers obtained, linear and crosslinked, they have excellent properties optical and high photostabilities, properties that make them especially applicable as solid matrices for manufacturing of laser light emitters when they are incorporated during the polymerization process a soluble laser dye in the reaction medium and in the final copolymer obtained. The laser emitters thus obtained have higher efficiencies to those obtained with commercial dyes, both in solution liquid, as in other solid matrices, the high being notable photostability presented by these silylated matrices, even under extreme working conditions.

Description

Copolímeros sililados con grupos silsesquioxano, su preparación y utilización como matrices láser de alta fotoestabilidad.Silylated copolymers with silsesquioxane groups, its preparation and use as high laser matrices photostability

Sector de la técnicaTechnical sector

Uno de los sectores de aplicación y consumo de los polímeros sintéticos mas significativo es el de la Óptica. Así, sus aplicaciones mas comunes van desde la fabricación de componentes ópticos convencionales, como son lentes, redes de difracción, filtros, polarizadores, ..., y su puesta en servicio en gafas, de sol y correctoras, lentes de contacto, rígidas, blandas, permeables al oxígeno, permanentes y desechables, hasta las lentillas intraoculares, que por su biocompatibilidad representa un claro ejemplo de que su importancia va más allá de la de ser un simple material, por la función que los mismos cumplen. Ejemplos complementarios de otros desarrollos y aplicaciones más específicos los encontramos dentro de la Optoelectrónica, así como también dentro del campo de la Óptica, muchos de ellos basados en el comportamiento óptico no-lineal de determinados polímeros. Aunque inicialmente la utilización de los polímeros sintéticos en diversas aplicaciones dentro del campo de la Óptica estuvo impulsada, principalmente, por el bajo precio de estos materiales en comparación con los vidrios inorgánicos tradicionales, sin embargo, posteriormente, se fue ampliando su utilización y consumo en otras muchas aplicaciones debido, además, a toda una serie de ventajas sobre los vidrios inorgánicos; ventajas basadas en las propiedades intrínsecas de estos materiales, como son su bajo peso, su fácil mecanización y pulido, su mayor resistencia a la rotura, su baja temperatura de transformación, etc,
etc.
One of the most significant application and consumption sectors of synthetic polymers is that of Optics. Thus, its most common applications range from the manufacture of conventional optical components, such as lenses, diffraction nets, filters, polarizers, ..., and its commissioning in glasses, sunglasses and correctors, contact lenses, rigid, soft, oxygen permeable, permanent and disposable, even intraocular lenses, which by its biocompatibility represents a clear example that its importance goes beyond that of being a simple material, for the function they fulfill. Complementary examples of other more specific developments and applications are found within Optoelectronics, as well as within the field of Optics, many of them based on the non-linear optical behavior of certain polymers. Although initially the use of synthetic polymers in various applications within the field of Optics was driven, mainly, by the low price of these materials compared to traditional inorganic glasses, however, subsequently, their use and consumption was expanded in many other applications due, in addition, to a whole series of advantages over inorganic glasses; advantages based on the intrinsic properties of these materials, such as their low weight, easy machining and polishing, greater resistance to breakage, low transformation temperature, etc,
etc.

Sin embargo, en comparación con los vidrios inorgánicos convencionales, sus principales desventajas radican, para determinadas aplicaciones, en su baja resistencia al rayado y su baja resistencia térmica. Tratando de mejorar estas dos propiedades de los polímeros sintéticos, así como otras propiedades relacionadas, se ha venido realizando un considerable esfuerzo investigador dirigido a modificar estructuralmente aquellos polímeros sintéticos que presentan unas adecuadas propiedades ópticas, principalmente: mediante copolimerización de diferentes monómeros; mediante entrecruzamiento de aquellos polímeros y copolímeros de probado interés por sus propiedades ópticas, así como por recubrimiento superficial o tratamiento superficial mediante radiaciones ultravioleta o por haces de electrones. Asimismo, se han desarrollado nuevos polímeros híbridos orgánico-inorgánicos, siguiendo un proceso sol-gel, tratando de aunar en un mismo material las propiedades de los polímeros orgánicos y los vidrios inorgánicos. Todos estos avances y desarrollos han permitido mejorar y ampliar considerablemente el número de aplicaciones de los polímeros sintéticos dentro del campo de la Óptica. Sin embargo, determinadas aplicaciones imponen unas exigencias aún mayores, principalmente en lo que respecta a sus propiedades térmicas; propiedades que los polímeros aún distan de poder alcanzar las de otros materiales convencionales, como son, además de los metales y las cerámicas, y específicamente en las aplicaciones ópticas, la de los vidrios inorgánicos.However, compared to glasses Conventional inorganic, its main disadvantages lie, for certain applications, in its low scratch resistance and Its low thermal resistance. Trying to improve these two properties of synthetic polymers, as well as other properties related, considerable effort has been made researcher aimed at structurally modifying those synthetic polymers that have adequate properties optics, mainly: by copolymerization of different monomers; by crosslinking those polymers and copolymers of proven interest in their optical properties, as well as per surface coating or surface treatment by ultraviolet radiation or electron beams. Also, new hybrid polymers have been developed organic-inorganic, following a process sol-gel, trying to combine the same material properties of organic polymers and inorganic glasses. All these advances and developments have allowed us to improve and expand considerably the number of applications of polymers synthetics within the field of optics. However, certain applications impose even greater demands, mainly on regarding its thermal properties; properties that polymers are still far from being able to reach those of other materials conventional, as they are, in addition to metals and ceramics, and specifically in optical applications, that of glasses inorganic

Una característica de los polímeros sintéticos, relacionada con sus propiedades térmicas, es su comportamiento como aislante, tanto térmico, como eléctrico y acústico, características que a su vez son fundamentales en toda una serie de aplicaciones de estos materiales. Es precisamente este carácter aislante el que determina los márgenes de utilización de los polímeros sintéticos en aquellas aplicaciones ópticas en las que la luz incidente sobre los mismos es parcialmente absorbida, bien de forma directa, por algún cromóforo presente en la estructura del polímero, o bien indirectamente, a través de algún aditivo incorporado al mismo. En ambos casos, la parte de la energía absorbida que se libera al medio en forma de calor presenta el inconveniente de su pobre disipación, como consecuencia del carácter aislante de estos materiales, lo cual puede llegar a provocar su degradación térmica, y/o la de los aditivos incorporados a los mismos, como consecuencia de las altas temperaturas alcanzadas localmente en las zonas donde incide la luz. Este inconveniente resulta pues ser un factor limitante a la hora de utilizar los polímeros sintéticos como matrices sólidas en determinados componentes ópticos, como son los filtros ópticos, guías de onda y los láseres de colorante en estado sólido, entre otros. Es en esta última aplicación de los polímeros como matriz generadora de luz láser de colorantes en estado sólido, en donde la estabilidad térmica es el factor determinante de la posible utilización de estos materiales a escala industrial y comercial.A characteristic of synthetic polymers, related to its thermal properties, is its behavior as insulator, both thermal, electrical and acoustic, characteristics which in turn are fundamental in a whole series of applications of these materials It is precisely this insulating character that determines the margins of use of synthetic polymers in those optical applications where the incident light on they are partially absorbed, either directly, by some chromophore present in the polymer structure, or indirectly, through some additive incorporated into it. In both cases, the part of the absorbed energy that is released at medium in the form of heat presents the inconvenience of its poor dissipation, as a consequence of the insulating nature of these materials, which can cause thermal degradation, and / or the additives incorporated therein, as a consequence of the high temperatures reached locally in areas where the light hits. This inconvenience turns out to be a factor limiting when using synthetic polymers such as solid matrices in certain optical components, such as optical filters, waveguides and dye lasers in state solid, among others. It is in this last application of polymers as a solid state dye laser generating matrix, where thermal stability is the determining factor of the possible use of these materials on an industrial scale and commercial.

Centrándonos en esta última aplicación y con el objetivo de mejorar la baja conductividad térmica de los polímeros sintéticos en general, y más concretamente la de aquellos polímeros potencialmente utilizables en aplicaciones ópticas, hemos desarrollado una serie de nuevos polímeros mediante la incorporación en su estructura de sílice siguiendo diferentes estrategias. La elección de la sílice se ha basado en sus excelentes propiedades ópticas, su alta estabilidad térmica y, fundamentalmente, en su elevada conductividad térmica.Focusing on this last application and with the objective of improving the low thermal conductivity of polymers synthetic in general, and more specifically that of those polymers potentially usable in optical applications, we have developed a series of new polymers through the incorporation into its silica structure following different strategies. The choice of silica has been based on its excellent optical properties, high thermal stability and, fundamentally, in its high thermal conductivity.

Estado de la técnicaState of the art

Los láseres de colorante se utilizan hoy en día en muy diversos campos, tanto en el industrial como en el médico. A título de ejemplo, dentro del campo de la Medicina se utilizan cada vez más profusamente este tipo de láseres en diferentes tratamientos y terapias, incluida su reciente aplicación para la destrucción selectiva de tejidos cancerosos, en la denominada terapia fotodinámica, así como en la detección y diagnóstico de tumores. Sin embargo, la utilización de estos láseres de colorante implica el empleo de un colorante en disolución líquida, lo cual conlleva una serie de inconvenientes y limitaciones, como son: la necesidad de tener que emplear grandes volúmenes de disolventes orgánicos, algunos de los cuales son tóxicos, volátiles e inflamables; el tener que mantener un flujo constante y uniforme de estas disoluciones dentro de cavidad láser; el tener que renovar periódicamente esta disolución del colorante, al degradarse el mismo durante su continuado uso, o bien sustituirla cuando se necesita cambiar la longitud de onda de emisión, así como otra serie de operaciones tediosas que se presentan a la hora de limpiar la cavidad y eliminar dichas disoluciones, sin olvidar la complejidad del diseño y de la instrumentación auxiliar a que obliga el bombeo de dichas disoluciones a la cavidad láser. Todos estos inconvenientes suponen unas serias limitaciones a su empleo intensivo, así como a su extensión a otras aplicaciones. Por ello, resulta de gran interés técnico poder disponer de láseres de colorante en estado sólido, ya que se evitaran así dichos inconvenientes por las ventajas que conlleva dichos láseres sólidos sobre los láseres líquidos, ya que, además de ser mas compactos, de menor tamaño, mas ligeros, y por tanto mas manejables, permiten trabajar en ausencia total de disolventes, lo cual es de particular importancia en su uso clínico, al tiempo que exigen un mantenimiento mínimo, pudiéndose además cambiar el intervalo de emisión láser de una forma rápida y sencilla. Otras ventajas adicionales derivadas del empleo de un láser de colorante en el estado sólido, aunque no por ello menos importantes, son la libertad de diseño de la cavidad láser y su bajo
precio.
Dye lasers are used today in many different fields, both industrial and medical. As an example, in the field of Medicine, these types of lasers are increasingly used in different treatments and therapies, including their recent application for the selective destruction of cancerous tissues, in the so-called photodynamic therapy, as well as in the detection and tumor diagnosis. However, the use of these dye lasers implies the use of a dye in liquid solution, which entails a series of drawbacks and limitations, such as: the need to have to use large volumes of organic solvents, some of which are toxic, volatile and flammable; having to maintain a constant and uniform flow of these solutions within the laser cavity; having to periodically renew this solution of the dye, when it degrades during its continued use, or replace it when the emission wavelength needs to be changed, as well as another series of tedious operations that occur when cleaning the cavity and eliminate said solutions, without forgetting the complexity of the design and the auxiliary instrumentation required by the pumping of said solutions to the laser cavity. All these inconveniences entail serious limitations to their intensive use, as well as their extension to other applications. Therefore, it is of great technical interest to be able to have solid-state dye lasers, since such inconveniences will be avoided because of the advantages that such solid lasers entail over liquid lasers, since, in addition to being more compact, smaller , lighter, and therefore more manageable, allow to work in total absence of solvents, which is of particular importance in their clinical use, while requiring minimal maintenance, and can also change the laser emission interval quickly and simple. Other additional advantages derived from the use of a dye laser in the solid state, although no less important, are the freedom of design of the laser cavity and its low
price.

Sobre la base de este evidente interés, se ha venido realizando un considerable esfuerzo investigador, a nivel internacional, dirigido tanto al estudio de los procesos fotofísicos y fotoquímicos puestos en juego cuando los colorantes láser se encuentran en un medio sólido, como a la síntesis de nuevos colorantes y materiales láser mas eficientes y, térmica y fotoquímicamente, mas estables. Aunque se han estudiado una gran variedad de materiales como matrices de colorantes láser, que van desde disolventes solidificados a baja temperatura, gelatinas, cristales orgánicos moleculares, vidrios inorgánicos..., han sido los polímeros (orgánicos e híbridos orgánico-inorgánicos) los que presentan mejores posibilidades potenciales de ser operativos a nivel industrial y comercial, según han demostrado los trabajos y resultados alcanzados durante la última década (A.Costela, I.García-Moreno, R.Sastre, Materials for solid-state dye lasers, en Handbook of Advanced Electronic and Photonic Materials and Devices, Ed. Academic Press, San Diego, CA, 2001).On the basis of this evident interest, a considerable research effort has been carried out, at international level, directed both to the study of the photophysical and photochemical processes put into play when the laser dyes are in a solid medium, as to the synthesis of new dyes and laser materials more efficient and, thermally and photochemically, more stable. Although a variety of materials such as matrices of laser dyes have been studied, ranging from solidified solvents at low temperature, jellies, molecular organic crystals, inorganic glasses ..., it has been the polymers (organic and organic-inorganic hybrids) that they have better potential to be operational at industrial and commercial level, as demonstrated by the work and results achieved during the last decade (A.Costela, I. García-Moreno, R. Sastre, Materials for solid-state dye lasers , in Handbook of Advanced Electronic and Photonic Materials and Devices, Ed. Academic Press, San Diego, CA, 2001).

Una de la direcciones de trabajo seguida para mejorar la fotoestabilidad de estos materiales ha consistido en el desarrollo de toda una serie de nuevas matrices poliméricas, lineales y entrecruzadas, en las que por copolimerización introducíamos covalentemente las moléculas de colorante, consiguiendo de esta forma mejorar la vida útil de estos nuevos láseres, así como toda la serie de ventajas señaladas anteriormente para los láseres de colorante en estado sólido (ES 9501419, 1995 y USA 6,281,315 2001).One of the directions of work followed to improve the photostability of these materials has been the development of a whole series of new polymeric matrices, linear and crosslinked, in which by co-polymerization we introduced covalently the dye molecules, thus improving the Shelf life of these new lasers, as well as the whole series of advantages outlined above for solid state dye lasers (ES 9501419 , 1995 and USA 6,281,315 2001 ).

Asimismo, se ha llevado a cabo un estudio sistemático sobre la modificación estructural de los sustituyentes de colorantes dipirrometénicos, con el objetivo de mejorar sus propiedades y fotoestabilidad. Con este fin, centramos nuestros esfuerzos en establecer el efecto de la sustitución en la posición 8 del anillo pirrometénico, introduciendo, inicialmente, tanto grupos acetoxipolimetilénicos como grupos metacriloxipolimetilénicos, que fueron utilizados como colorantes modelos y colorantes monómeros. Estos nuevos colorantes presentaron, tanto en disolución líquida como en matrices sólidas, una mejor eficiencia láser y una destacable mayor fotoestabilidad, que los correspondientes colorantes láser comerciales cuando eran unidos covalentemente a un polímero (ES 19990001540; A. Costela., I. García-Moreno, F. Amat-Guerri, M. Liras, R. Sastre, Appl. Phys. B, 76, 365, 2003, y M. Álvarez, F. Amat-Guerri, A. Costela, I. García-Moreno, M. Liras, R. Sastre, Appl. Phys. B, 80, 993, 2005). A continuación, incorporamos también en dicha posición 8 del anillo indacénico, solo un grupo p-fenilen-acetoxipolimetileno y un grupo p-fenilen-metacriloxipolimetileno, cuyas propiedades fotofísicas y su evaluación como láser demostraron que, tanto en disolución líquida saturada al aire, como en sus copolímeros sólidos con metacrilato de metilo, sus eficiencias en emisión láser y su fotoestabilidad eran mejoradas notablemente (I. García-Moreno, A. Costela, R. Sastre, F. Amat-Guerri, M. Liras, F. López-Arbeloa, J. Bañuelos, I. López-Arbeloa, J. Phys. Chem. A, 108, 3315,
2004).
Likewise, a systematic study has been carried out on the structural modification of the substituents of dipyrrometic dyes, with the aim of improving their properties and photostability. To this end, we focus our efforts on establishing the substitution effect at position 8 of the pyromethenic ring, introducing, initially, both acetoxypolymethylene groups and methacryloxypolymethylene groups, which were used as model dyes and monomer dyes. These new dyes presented, both in liquid solution and in solid matrices, a better laser efficiency and a remarkable higher photostability, than the corresponding commercial laser dyes when they were covalently bound to a polymer ( ES 19990001540 ; A. Costela., I. García- Moreno, F. Amat-Guerri, M. Liras, R. Sastre, Appl. Phys. B , 76, 365, 2003 , and M. Álvarez, F. Amat-Guerri, A. Costela, I. García-Moreno, M Liras, R. Sastre, Appl. Phys. B , 80, 993, 2005 ). Next, we also incorporate in said position 8 of the indacenic ring, only a p-phenylene-acetoxypolymethylene group and a p-phenylene-methacryloxypolymethylene group, whose photophysical properties and their laser evaluation demonstrated that, both in liquid solution saturated in air, as in its solid copolymers with methyl methacrylate, its laser emission efficiencies and photostability were markedly improved (I. García-Moreno, A. Costela, R. Sastre, F. Amat-Guerri, M. Liras, F. López-Arbeloa , J. Bañuelos, I. López-Arbeloa, J. Phys. Chem. A , 108, 3315,
2004 ).

Posteriormente, tratando de mejorar las propiedades térmicas de estas matrices poliméricas, se desarrollaron también nuevos polímeros híbridos orgánico-inorgánicos, obtenidos por procedimientos de síntesis simultanea de polimerización-policondensación, que han permitido alcanzar aún mayores fotoestabilidades [Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O., Garrido, L. y Sastre, R., Highly efficient and stable doped hybrid organic-inorganic materials for solid-state dye lasers, Chem. Phys. Lett. 387: 496-501 (2004); Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O. y Sastre, R., Enhancement of laser properties of pyrromethene 567 dye incorporated into new organic-inorganic hybrid materials, Chem. Phys. Lett. 369: 656-661 (2003); Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O., y Sastre, R., Environment effects on the lasing photostability of Rhodamine 6G incorporated into organic-inorganic hybrid materials, Appl. Phys. B 78: 629-634 (2004); Costela, A., García-Moreno, I., García, O., del Agua, D. y Sastre, R., Structural influence of the inorganic network in the laser performance of dye-doped hybrid materials, Appl. Phys. B. 80: 749-755 (2005); García-Moreno, I., Costela, A., Cuesta. A., García, O., del Agua, D. y Sastre, R., Synthesis, Structure, and Physical Properties of Hybrid Nanocomposites for Solid-State Dye Lasers, J. Phys. Chem. B 109: 21618-21626 (2005)]. Igualmente, tratando de mejorar aún mas la fotoestabilidad, al tiempo que sus propiedades termoópticas y mecánicas, se obtuvieron otros nuevos polímeros híbridos orgánico-inorgánicos partiendo de sílices mesoporosas o aerogeles, consistentes en redes tridimensionales de sílice de poro abierto de tamaño nanométrico, que se inundan con las apropiadas formulaciones de monómeros-colorante láser, para posteriormente ser polimerizadas in situ, de forma controlada, permitiendo así obtener unos materiales mas eficientes en su emisión láser y altamente fotoestables, principalmente cuando los polímeros obtenidos dentro de la matriz de sílice mesoporosa eran de naturaleza fluorada [Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O., Sastre, R., Roig, A., y Molins, E., Polymer-Filled Nanoporous Silica Aerogels as Hosts for Highly Stable Solid-State Dye Lasers, J. Phys. Chem B 109: 4475-4480 (2005). 45; García, O., Sastre, R., del Agua, D., Costela, A., García-Moreno, I., and Roig, A., Efficient optical materials based on fluorinated-polymeric silica aerogels, Chem. Phys. Lett. 427: 375-378 (2006); Costela, A., García-Moreno, I., del Agua, D., García, O. y Sastre, R., Highly photostable solid-state dye lasers based on silicon-modified organic matrices, J. Appl. Phys. 101: 073110 (2007)].Subsequently, trying to improve the thermal properties of these polymeric matrices, new organic-inorganic hybrid polymers were also developed, obtained by simultaneous polymerization-polycondensation synthesis procedures, which have allowed to achieve even greater photostabilities [Costela, A., García-Moreno , I., Gómez, C., García, O., Garrido, L. and Sastre, R., Highly efficient and stable doped hybrid organic-inorganic materials for solid-state dye lasers, Chem. Phys. Lett . 387 : 496-501 (2004); Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O. and Sastre, R., Enhancement of laser properties of pyrromethene 567 dye incorporated into new organic-inorganic hybrid materials, Chem. Phys. Lett . 369 : 656-661 (2003); Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O., and Sastre, R., Environment effects on the lasing photostability of Rhodamine 6G incorporated into organic-inorganic hybrid materials, Appl. Phys. B 78 : 629-634 (2004); Costela, A., García-Moreno, I., García, O., del Agua, D. and Sastre, R., Structural influence of the inorganic network in the laser performance of dye-doped hybrid materials, Appl. Phys. B. 80 : 749-755 (2005); García-Moreno, I., Costela, A., Cuesta. A., García, O., del Agua, D. and Sastre, R., Synthesis, Structure, and Physical Properties of Hybrid Nanocomposites for Solid-State Dye Lasers, J. Phys. Chem. B 109 : 21618-21626 (2005 )]. Likewise, trying to improve photostability even more, as well as its thermo-optical and mechanical properties, other new organic-inorganic hybrid polymers were obtained from mesoporous silica or aerogels, consisting of three-dimensional networks of open pore silica silica of nanometric size, which are they flood with the appropriate monomer-laser dye formulations, to be subsequently polymerized in situ , in a controlled manner, thus allowing to obtain more efficient materials in their laser emission and highly photostable, mainly when the polymers obtained within the mesoporous silica matrix were fluoridated in nature [Costela, A., García-Moreno, I., Gómez, C., García, O., Sastre, R., Roig, A., and Molins, E., Polymer-Filled Nanoporous Silica Aerogels as Hosts for Highly Stable Solid-State Dye Lasers, J. Phys. Chem B 109 : 4475-4480 (2005). Four. Five; García, O., Sastre, R., del Agua, D., Costela, A., García-Moreno, I., and Roig, A., Efficient optical materials based on fluorinated-polymeric silica aerogels, Chem. Phys. Lett . 427 : 375-378 (2006); Costela, A., García-Moreno, I., del Agua, D., García, O. and Sastre, R., Highly photostable solid-state dye lasers based on silicon-modified organic matrices, J. Appl. Phys . 101 : 073110 (2007)].

Todos estos resultados y desarrollos permiten obtener unos materiales suficientemente eficientes y estables como para poder ser utilizados, tanto a nivel industrial y comercial, como medios activos para la emisión de luz láser. La principal ventaja que aporta la incorporación de la sílice en estos materiales radica en la mejora sustancial de su conductividad térmica, que favorece la disipación del calor local liberado durante el proceso de excitación o bombeo del colorante, evitándose así, en gran extensión, la degradación térmica del colorante y, por tanto, alargándose el tiempo de vida en servicio del generador láser. Sin embargo, en ambas familias de estos polímeros híbridos orgánico-inorgánicos, aunque la sílice se encuentra distribuida homogéneamente en el material final, los dominios de esta fase inorgánica pueden dar lugar a fenómenos indeseables en cuanto a su interferencia con la luz, así como a la segregación del colorante de dichos dominios, el cual permanece disuelto únicamente en los dominios del polímero orgánico. Por ello, y considerando además las dificultades de síntesis de ambas familias de polímeros, nos planteamos para estas aplicaciones la síntesis de nuevos polímeros en los que hemos incorporado la sílice a nivel molecular, con objeto de obtener materiales intrínsecamente más homogéneos para así poder obviar dichos inconvenientes y mejorar aún más su conductividad térmica y sus propiedades ópticas.All these results and developments allow obtain sufficiently efficient and stable materials such as to be used, both industrially and commercially, as active means for the emission of laser light. The main advantage of incorporating silica in these Materials lies in the substantial improvement of its conductivity thermal, which favors the dissipation of local heat released during the process of excitation or pumping of the dye, avoiding thus, to a great extent, the thermal degradation of the dye and, therefore, extending the service life of the generator To be. However, in both families of these hybrid polymers organic-inorganic, although silica is found homogeneously distributed in the final material, the domains of this inorganic phase can lead to undesirable phenomena in regarding its interference with light, as well as the segregation of  dye from said domains, which remains dissolved only in the domains of the organic polymer. Therefore, and also considering the synthesis difficulties of both families of polymers, we consider the synthesis of new polymers in which we have incorporated silica level molecular, in order to obtain intrinsically more materials homogeneous in order to avoid such inconveniences and improve even more its thermal conductivity and its optical properties.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La hidrólisis y posterior condensación de los silanos trifuncionales (trialcóxidos de silicio) conducen a la formación de agrupaciones poliédricas de fórmula general (RSiO_{1,5}), denominados Silsesquioxanos, también conocidos comercialmente con el nombre de POSS (del acrónimo en inglés de Poliedros Oligoméricos de Silsesquioxanos):The hydrolysis and subsequent condensation of trifunctional silanes (silicon trialkoxides) lead to the formation of polyhedral clusters of general formula (RSiO 1,5), called Silsesquioxanes , also known commercially as POSS (the acronym in English for Oligomeric Polyhedra of Silsesquioxanes):

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1one

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siendo R un sustituyente de naturaleza orgánica. Aunque en estos compuestos el silicio está coordinado con tres átomos de oxígeno, mientras que en la sílice dicha coordinación es cuádruple, por la similitud entre ambos se ha dado en considerar a los Silsesquioxanos como una sílice de estructura poliédrica o prismática.R being a substituent of organic nature Although in these compounds silicon is coordinated with three oxygen atoms while on silica This coordination is fourfold, because of the similarity between the two has considered Silsesquioxanes as a silica of polyhedral structure or prismatic

Dadas las mejoras alcanzadas en la fotoestabilidad láser, anteriormente descritas, al incorporar sílice en la estructura polimérica de las matrices híbridas empleadas como emisores de luz láser, partimos de la hipótesis de que si la sílice se pudiese incorporar a nivel molecular, se podría alcanzar todo el potencial que puede aportar la sílice, con el objetivo principal de aumentar la conductividad térmica de la matriz y mejorar así su termo- y fotoestabilidad. Otras ventajas adicionales de gran interés, desde el punto de vista de otras aplicaciones potenciales de estos nuevos materiales dentro del campo de la Óptica, serían las derivadas de las propiedades que puede aportar también la presencia de esta forma de sílice en lo referente a su excelente transmisión de la luz ultravioleta-visible, índice de refracción, estabilidad, resistencia..., al tiempo que estos materiales pueden ser obtenidos a temperaturas próximas a temperatura ambiente, lo cual permite incorporar a su estructura compuestos orgánicos, que de otra forma no sería posible, teniendo en cuenta las elevadas temperaturas necesariamente empleadas en la síntesis y/o modificación, transformación y moldeo de la sílice; todo lo cual abre un abanico de nuevas posibilidades para las aplicaciones de estos materiales.Given the improvements achieved in the laser photostability, previously described, when incorporating silica in the polymeric structure of hybrid matrices used as laser light emitters, we start from the hypothesis of that if silica could be incorporated at the molecular level, it could reach the full potential that silica can bring, with the main objective of increasing the thermal conductivity of the matrix and thus improve its thermo- and photostability. Other advantages additional of great interest, from the point of view of others potential applications of these new materials within the Optics field, would be those derived from the properties that it can also contribute the presence of this form of silica in concerning its excellent light transmission ultraviolet-visible index of refraction, stability, resistance ... while these materials can be obtained at temperatures close to room temperature, what which allows incorporating organic compounds into its structure, which otherwise it would not be possible, considering the high temperatures necessarily used in the synthesis and / or modification, transformation and molding of silica; all of which opens a range of new possibilities for applications these materials

Puesto que la principal característica perseguida en la obtención de una matriz sólida como medio activo en la emisión láser de un colorante orgánico es su homogeneidad óptica, es requisito previo indispensable la solubilidad y compatibilidad de los monómeros a emplear. Por ello, la adecuada funcionalización del Silsesquioxano de partida es fundamental, con el fin de conseguir su total solubilidad en el comonómero o comonómeros seleccionados. Desde un punto de vista general y a la vez simplificado, la obtención de las matrices objeto de la presente invención, se basa en la copolimerización de diferentes monómeros, de los cuales al menos uno de ellos lleva como sustituyente del doble enlace polimerizable un grupo silsesquioxano (estructura I), o bien consiste en un silsesquioxano funcionalizado con un número variable de dobles enlaces polimerizables, superior a uno y hasta un máximo de ocho, diez o doce grupos polimerizables (estructura II):Since the main feature pursued in obtaining a solid matrix as an active medium in the laser emission of an organic dye is its homogeneity optical, the prerequisite is the solubility and compatibility of the monomers to be used. Therefore, the appropriate Functionalization of the starting Silsesquioxane is essential, with in order to achieve its total solubility in the comonomer or selected comonomers. From a general point of view and to the once simplified, obtaining the matrices object of the The present invention is based on the copolymerization of different monomers, of which at least one of them carries as polymerizable double bond substituent a silsesquioxane group (structure I), or it consists of a functionalized silsesquioxane with a variable number of polymerizable double bonds, greater than one and up to a maximum of eight, ten or twelve polymerizable groups (structure II):

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en las que el sustituyente R de la estructura I, puede ser cualquier grupo orgánico alifático o aromático, seleccionado adecuadamente para favorecer su solubilidad y compatibilidad con otros monómeros orgánicos convencionales.in which the substituent R of the structure I, can be any aliphatic organic group or aromatic, properly selected to favor its solubility  and compatibility with other organic monomers conventional.

Aunque como grupo polimerizable del silsesquioxano se considera cualquier grupo insaturado, preferentemente los mejores resultados son los obtenidos con dobles enlaces vinílicos, acrílicos y metacrílicos, siendo estos dos últimos grupos insaturados con los que se han conseguido alcanzar las mejores propiedades ópticas. Asimismo, en lo que respecta a los comonómeros empleables en esta invención, los mejores resultados también se han obtenido con los monómeros acrílicos y metacrílicos, con uno a cuatro grupos insaturados por molécula de comonómero. La utilización de monómeros polifuncionales conduce a la obtención de polímeros entrecruzados con un grado de entrecruzamiento de extensión variable y dependiente de la proporción o concentración del monómero o monómeros polifuncionales empleados, así como del grado de funcionalidad de los mismos. Dado que la principal característica diferenciadora de los materiales objeto de la presente patente es la utilización y empleo de monómeros portadores de estructuras silsesquioxano I y II, la proporción o concentración de este tipo de monómeros es determinante de sus propiedades y comportamiento como matriz sólida de aquellos colorantes utilizables para la generación estimulada de luz láser. Aunque la proporción o concentración de los monómeros de silsesquioxano, con estructura I o II, puede variar dentro de amplios márgenes, sin embargo, hemos comprobado que los copolímeros con mejores propiedades láser se obtienen cuando su concentración se encuentra comprendida entre el 1 y el 50% en peso, respecto del volumen total de la mezcla de monómeros de partida.Although as a polymerizable group of Silsesquioxane is considered any unsaturated group, preferably the best results are those obtained with doubles vinyl, acrylic and methacrylic bonds, these two being last unsaturated groups with which they have managed to reach The best optical properties. Also, with regard to comonomers employable in this invention, the best results they have also been obtained with acrylic and methacrylic monomers, with one to four unsaturated groups per comonomer molecule. The use of polyfunctional monomers leads to obtaining crosslinked polymers with a degree of crosslinking of variable extent and dependent on the proportion or concentration of the monomer or polyfunctional monomers used, as well as the degree of functionality of them. Since the main differentiating characteristic of the materials object of the This patent is the use and use of carrier monomers of silsesquioxane structures I and II, the proportion or concentration of this type of monomers is determinant of its properties and solid matrix behavior of those dyes Usable for stimulated laser light generation. Although the proportion or concentration of silsesquioxane monomers, with structure I or II, may vary within wide ranges, without However, we have verified that the copolymers with the best laser properties are obtained when its concentration is between 1 and 50% by weight, with respect to the total volume  of the mixture of starting monomers.

La iniciación del proceso de polimerización se puede llevar a cabo por lo métodos y procedimientos convencionales empleados en la síntesis macromolecular; a saber: vía radicales libres o vía iónica, tanto térmicamente como fotoquímicamente o redox, en disolución, suspensión, emulsión, interfase, bloque o masa. Los mejores resultados obtenidos se han conseguido por polimerización en bloque mediante iniciación térmica vía radicales libres. Los iniciadores empleables para la generación de radicales libres son todos aquellos también comúnmente utilizados en los procesos de polimerización, siendo los mas adecuados los de tipo peróxido e hidroperóxido, así como los azocompuestos alifáticos, habiendo sido con el iniciador azobis-isobutíronitrilo con el que mejores resultados se han obtenido, cuando el mismo se emplea a una concentración de entre el 0,1 y el 5% en peso, respecto de la mezcla de monómeros. Igualmente resulta aconsejable llevar a cabo la polimerización en atmósfera inerte, como puede ser bajo atmósfera de nitrógeno o argón, o bien a vacío (como mínimo a 15 Pa).The initiation of the polymerization process is can carry out by conventional methods and procedures used in macromolecular synthesis; namely: radicals free or ionic route, both thermally and photochemically or redox, in solution, suspension, emulsion, interface, block or mass. The best results have been achieved by block polymerization by thermal initiation via radicals free. The employable initiators for the generation of radicals free are all those also commonly used in polymerization processes, the most appropriate being the type peroxide and hydroperoxide, as well as aliphatic azo compounds, having been with the initiator azobis-isobutyronitrile with the best results have been obtained, when it is used at a concentration between 0.1 and 5% by weight, with respect to the monomer mixture. It is also advisable to carry out polymerization in an inert atmosphere, such as low nitrogen or argon atmosphere, or under vacuum (at least 15 Pa)

Una vez convenientemente disuelto el iniciador en la mezcla de monómeros, se le incorpora el colorante láser seleccionado de acuerdo a la longitud de onda de emisión láser que se desea. La concentración a emplear del colorante láser viene determinada específicamente por su coeficiente de absorción molar a la longitud de onda de excitación o bombeo, por su densidad óptica, por la configuración de la cavidad láser y por el tipo de bombeo, transversal o longitudinal, de dicha cavidad. Por ello, en cada caso, para cada colorante es necesario el llevar a cabo previamente la optimización de su concentración, de acuerdo a los parámetros indicados.Once the initiator is conveniently dissolved in the monomer mixture, the laser dye is incorporated selected according to the laser emission wavelength that is desired. The concentration to be used of the laser dye comes specifically determined by its molar absorption coefficient at the excitation or pumping wavelength, due to its optical density, by the configuration of the laser cavity and by the type of pumping, transverse or longitudinal, of said cavity. Therefore, in each case, for each dye it is necessary to carry out previously the optimization of its concentration, according to the parameters indicated.

Un aspecto determinante y de vital importancia es el de la solubilidad del colorante láser, tanto en la mezcla inicial de los monómeros de partida, como en el polímero sólido final obtenido, ya que incluso una insolubilidad parcial del colorante conduce a la imposibilidad de generación de luz láser, o bien a un material con una baja estabilidad que excluye su empleo comercial para esta aplicación. A tal fin, es necesario e imprescindible el asegurar la total solubilidad previa del colorante en la mezcla inicial de monómeros, siendo pues necesario el elegir la naturaleza y proporciones de los monómeros de partida, así como emplear los métodos adecuados para asegurar y facilitar su total solubilidad, habiendo resultado ser de gran eficacia a tal fin el empleo de ultrasonidos. Una vez disuelto el colorante en la mezcla de monómeros, es aconsejable microfiltrar la disolución resultante con una membrana inerte de tamaño de poro de 0,2 micras o inferior, con el fin de eliminar las posibles trazas del colorante láser que no se hayan disuelto, así como otras posibles partículas e impurezas sólidas que pudieran existir en el medio.A determining and vital aspect is that of the solubility of the laser dye, both in the mixture initial of the starting monomers, as in the solid polymer final obtained, since even a partial insolubility of the dye leads to the impossibility of generating laser light, or well to a material with a low stability that excludes its use Commercial for this application. To that end, it is necessary to it is essential to ensure the total prior solubility of the dye in the initial monomer mixture, thus being necessary choosing the nature and proportions of the monomers of heading, as well as using the appropriate methods to ensure and facilitate its total solubility, having turned out to be of great Efficiency for this purpose the use of ultrasound. Once dissolved the dye in the monomer mixture, it is advisable to microfiltrate the resulting solution with an inert membrane of pore size of 0.2 microns or less, in order to eliminate possible traces of the laser dye that have not dissolved, as well as other possible particles and solid impurities that might exist in the means, medium.

La disolución final obtenida, una vez microfiltrada, se vierte en un molde con las dimensiones adecuadas para obtener, una vez llevada a cabo su polimerización, una pieza apta para ser mecanizada a la forma y dimensiones elegidas para su adaptación a la cavidad láser. El molde utilizado puede ser de cualquiera de los materiales comúnmente empleados en el moldeo por colada de un material plástico, debiendo tener especial cuidado en su elección con vista a facilitar el posterior desmoldeo de la pieza, una vez finalizado el proceso de polimerización.The final solution obtained once microfiltered, poured into a mold with the appropriate dimensions to obtain, once carried out its polymerization, a piece suitable to be machined to the shape and dimensions chosen for its adaptation to the laser cavity. The mold used can be any of the materials commonly used in molding by casting of a plastic material, taking special care in your choice with a view to facilitating the subsequent demolding of the piece, once the polymerization process is finished.

Puesto que las propiedades láser del material final obtenido resultan ser igualmente dependientes de la homogeneidad óptica del mismo, es necesario el optimizar en cada caso las condiciones del proceso de polimerización con el fin de evitar las posibles diferencias de índice de refracción dentro del material, siguiendo los procedimientos, métodos y condiciones descritos en nuestra ES 19990001540.Since the laser properties of the final material obtained turn out to be equally dependent on the optical homogeneity thereof, it is necessary to optimize the polymerization process conditions in each case in order to avoid possible refractive index differences within the material, following the procedures, methods and conditions described in our ES 19990001540 .

Una vez obtenidas las matrices poliméricas portadoras de los colorantes láser en las proporciones y concentraciones adecuadas, se procede a su desmoldeo y mecanizado, siguiendo los procedimientos habituales en el mecanizado de materiales, hasta alcanzar la forma y dimensiones geométricas deseadas, así como un pulido posterior de dicha pieza hasta conseguir un acabado de calidad láser o, como mínimo, de calidad óptica.Once obtained the polymeric matrices carriers of laser dyes in proportions and adequate concentrations, it is demoulded and machined, following the usual procedures in the machining of materials, until reaching the geometric shape and dimensions desired, as well as a subsequent polishing of said piece until achieve a laser quality finish or at least quality optics.

Las propiedades físicas de los materiales obtenidos son función de la composición de los correspondientes copolímeros, siendo de destacar, para los fines perseguidos en la presente patente, el aumento que experimentan dos propiedades térmicas al aumentar la proporción o contenido en el copolímero en unidades silsesquioxano, como son la temperatura de transición vítrea y la conductividad térmica. Así, la temperatura de transición vítrea de los copolímeros de metacrilato de metilo con los monómeros de Silsesquioxano, se duplica al pasar del homopolímero (aprox. 100ºC) a un copolímero con el 33% en peso/volumen del octametilmetacrilato de silsesquioxano (aprox. 190ºC). Lo que es aún más importante, es el aumento que experimenta la conductividad térmica, que crece linealmente con el contenido de silsesquioxano en el copolímero, de acuerdo a los valores recogidos en la Tabla 1 adjunta.The physical properties of the materials obtained are a function of the corresponding composition copolymers, to be noted, for the purposes pursued in the present patent, the increase experienced by two properties thermal by increasing the proportion or content in the copolymer in silsesquioxane units, such as the transition temperature Vitreous and thermal conductivity. So, the temperature of glass transition of methyl methacrylate copolymers with Silsesquioxane monomers, doubles when passing from homopolymer (approx. 100 ° C) to a copolymer with 33% in weight / volume of silsesquioxane octamethylmethacrylate (approx. 190 ° C). What is even more important, is the increase you experience thermal conductivity, which grows linearly with the content of silsesquioxane in the copolymer, according to the values listed in the attached Table 1.

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TABLA 1TABLE 1 Conductividad térmica de diferentes copolímeros de MMA con el octametacrilato de silsesquioxano (8MMAPOSS)Thermal conductivity of different copolymers of MMA with silsesquioxane octamethacrylate (8MMAPOSS)

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Dicho aumento de conductividad térmica, conlleva un aumento en paralelo de su eficiencia de emisión láser, pasando de un 12% para polímero sin silsesquioxano a, por ejemplo, un 64,8% para el copolímero del 33% en silsesquioxano. Dicho valores son incluso superiores al de este mismo colorante, PM 567, en disolución líquida (aprox. 36%), que son las eficiencias máximas alcanzables en los actuales láseres comerciales de este colorante. Lo que aún es más importante, es el destacado aumento de su estabilidad bajo irradiación cuando se bombea transversalmente a 532 nm, con una frecuencia de 10 Hz y una energía de 5 mJ, condiciones bajo las cuales se mantiene su eficiencia de emisión, después de 100 000 disparos, a un nivel del 90 al 100% de su valor inicial. Dicha estabilidad se ha comprobado experimentalmente que también se mantiene incluso utilizando unas condiciones de bombeo más drásticas, como ha sido el empleo de frecuencias de 30 Hz, superando pues el comportamiento del colorante en disolución líquida, lo cual garantiza sobradamente la utilización comercial de estos nuevos materiales en la fabricación de láseres de colorante en estado sólido.Said increase in thermal conductivity implies a parallel increase in its laser emission efficiency, passing from 12% for polymer without silsesquioxane to, for example, 64.8% for the 33% copolymer in silsesquioxane. Said values are even superior to that of this same dye, PM 567, in liquid solution (approx. 36%), which are the maximum efficiencies achievable in the current commercial lasers of this dye. What is even more important, is the sharp increase in its stability under irradiation when pumped transversely to 532 nm, with a frequency of 10 Hz and an energy of 5 mJ, conditions under which its emission efficiency is maintained, after 100,000 shots, at a level of 90 to 100% of its value initial. This stability has been proven experimentally that it is also maintained even using pumping conditions more drastic, as has been the use of frequencies of 30 Hz, thus overcoming the behavior of the dye in solution liquid, which greatly guarantees the commercial use of these new materials in the manufacture of dye lasers in solid state.

Para la evaluación como medio activo para la generación de radiación láser de estos nuevos materiales, objeto de la presente patente, se pueden utilizar diferentes montajes de los comúnmente empleados en los dispositivos láser conocidos, aunque en el presente caso se recomiendan los dos descritos en nuestra ES 19990001540, así como las cavidades, sistema de bombeo y procedimientos detallados en la misma.For the evaluation as an active medium for the generation of laser radiation of these new materials, object of the present patent, different assemblies of those commonly used in known laser devices can be used, although in the present case the two described in our ES 19990001540 , as well as the cavities, pumping system and detailed procedures therein.

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Ejemplos de realización de la invenciónExamples of embodiment of the invention

Como ejemplos representativos, pero no limitativos, de los materiales objeto de esta patente, así como de sus propiedades, comportamiento y aplicación, a continuación se describe la obtención de estos copolímeros de Silsesquioxanos, así como la evaluación como emisores de luz láser de los copolímeros obtenidos.As representative examples, but not limiting, of the materials object of this patent, as well as of its properties, behavior and application, then it describes obtaining these copolymers of Silsesquioxanes, as well as the evaluation as laser light emitters of the copolymers obtained.

Ejemplo 1Example 1 Obtención de copolímeros de SilsesquioxanoObtaining Silsesquioxane Copolymers

Tomando como referencia el colorante láser comercial Pirrometeno 567, se prepara una disolución 1,5 mM del mismo, en una mezcla de octametilmetacrilato de silsesquioxano y metacrilato de metilo puro, en proporciones variables y comprendidas entre el 1 y el 50% peso/volumen en ambos monómeros (10 ml). A cada una de estas disoluciones se les añade el iniciador azobisisobutironitrilo (10 mg; 0,06 mmol), que se solubiliza mediante agitación y posterior tratamiento en un baño de ultrasonidos. A continuación dichas disoluciones se microfiltran con una membrana de 0,2 micras de tamaño de poro y se vierten sobre unos moldes cilíndricos de polipropileno de 12 cm de diámetro interior, dentro de los cuales la disolución resultante se desoxigena mediante borboteo de argón o nitrógeno puros, sumergiendo en dichas disoluciones un capilar durante unos diez minutos. Los moldes se cierran y sellan bajo atmósfera inerte y se mantiene a 40ºC durante 48 horas. Transcurrido este tiempo, las disoluciones habrán solidificado, subiéndose entonces la temperatura hasta los 50ºC, temperatura a la cual se mantienen los moldes durante al menos 24 horas. A continuación, con objeto de destruir los restos del iniciador que no hubiesen reaccionado, se sube de nuevo la temperatura lentamente (50ºC/día), hasta alcanzar los 80ºC, manteniéndose en esta temperatura durante 2 horas mas, para a continuación enfriar lentamente ambos moldes hasta alcanzar la temperatura ambiente, con objeto de evitar la congelación de tensiones residuales que podrían afectar la calidad óptica del material obtenido, pudiéndose entonces desmoldear las piezas.Taking the laser dye as a reference Commercial Pyrometene 567, a 1.5 mM solution of the same, in a mixture of silsesquioxane octamethylmethacrylate and pure methyl methacrylate, in varying proportions and between 1 and 50% weight / volume in both monomers (10 ml). The initiator is added to each of these solutions  azobisisobutyronitrile (10 mg; 0.06 mmol), which is solubilized by agitation and subsequent treatment in a bath ultrasound Then these solutions are microfiltered with a 0.2 micron pore size membrane and poured over 12 cm diameter polypropylene cylindrical molds interior, within which the resulting solution is deoxygenated by pure argon or nitrogen bubbling, immersing in these solutions a capillary for about ten minutes The molds are closed and sealed under an inert atmosphere and are maintained at 40 ° C for 48 hours. After this time, the solutions will have solidified, then the temperature up to 50 ° C, temperature at which the molds for at least 24 hours. Then, in order to destroy the remains of the initiator that had not reacted, it the temperature rises again slowly (50ºC / day), until reaching 80ºC, staying at this temperature for 2 more hours, then slowly cool both molds until reaching room temperature, in order to avoid freezing of residual stresses that could affect the optical quality of the material obtained, being able then to unmold the pieces.

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Ejemplo 2Example 2 Evaluación de los nuevos copolímeros como emisores de radiación láserEvaluation of the new copolymers as radiation emitters To be

La evaluación láser de los materiales obtenidos siguiendo el procedimiento descrito en el ejemplo anterior, se llevó a cabo una vez convenientemente mecanizados y pulidos en la forma de cilindros de 1cm de altura y 1 cm de diámetro, con un corte paralelo a su eje, con objeto de obtener una superficie plano lateral. El dispositivo empleado en dicha evaluación fue el descrito en la ES 19990001540.The laser evaluation of the materials obtained following the procedure described in the previous example, was carried out once conveniently machined and polished in the form of cylinders 1cm high and 1cm in diameter, with a cut parallel to its axis, with object of obtaining a flat lateral surface. The device used in this evaluation was the one described in ES 19990001540 .

En la Tabla 2 se presentan los valores de los parámetros láser: longitud de onda de emisión, eficiencia y estabilidad, de diferentes copolímeros obtenidos en función del contenido en el monómero octametilmetacrilato de silsesquioxano, siguiendo el procedimiento descrito en el ejemplo 1.Table 2 shows the values of the Laser parameters: emission wavelength, efficiency and stability of different copolymers obtained based on contained in the silsesquioxane octamethylmethacrylate monomer, following the procedure described in example 1.

TABLA 2TABLE 2 Parámetros láser de diferentes copolímeros de MMA en función del contenido en peso en el monómero octametacrilato de Silsesquioxano (8MMAPOSS)Laser parameters of different MMA copolymers in function of the content by weight in the octametacrylate monomer of Silsesquioxane (8MMAPOSS)

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Los valores obtenidos para las eficiencias láser se encuentran comprendidos entre el 46 y el 65%, con unas estabilidades, después de su irradiación con 100.000 disparos a 532 nm con una energía 5mJ por disparo a 10 Hz. Dichos valores de eficiencia en su emisión láser son superiores incluso a las de este mismo colorante en disolución en etanol (aprox. 36%), al tiempo que su elevada fotoestabilidad les capacita para su implementación comercial como emisores de luz láser de colorante en el estado sólido.The values obtained for laser efficiencies they are between 46 and 65%, with some Stabilities, after irradiation with 100,000 shots at 532 nm with an energy 5mJ per shot at 10 Hz. These values of Efficiency in their laser emission are superior even to those of this same dye in solution in ethanol (approx. 36%), while their high photostability enables them to be implemented commercial as dye laser light emitters in the state solid.

Una mejora significativa de las estabilidades de aquellos copolímeros con mayor proporción en el monómero sililado se consiguió mediante un tratamiento de postpolimerización, consistente en mantener dichas muestras a una temperatura de 90ºC durante al menos una semana, con objeto de activar los dobles enlaces remanentes que no hubiesen polimerizado, lo cual se refleja en unas mejoras de estabilidad del orden del 10%. Con objeto de contrastar las altas estabilidades alcanzadas, se sometió al copolímero con un contenido en peso del silsesquioxano del 13% a una irradiación bajo condiciones más drásticas, empleando para ello una frecuencia de bombeo de 30 Hz, comprobando que aún después de 100.000 disparos se mantenía su eficiencia de emisión al 100%.A significant improvement in the stability of those copolymers with the highest proportion in the silylated monomer it was achieved through a postpolymerization treatment, consisting of keeping said samples at a temperature of 90 ° C for at least one week, in order to activate the doubles remaining links that would not have polymerized, which reflects in stability improvements of the order of 10%. With in order to contrast the high stabilities achieved, it was submitted to the copolymer with a silsesquioxane weight content of 13% a irradiation under more drastic conditions, using it a pumping frequency of 30 Hz, checking that even after 100,000 shots kept their emission efficiency at 100%.

Por tanto, la utilización de los nuevos materiales como emisores de luz láser, objeto de la presente patente de invención, ha demostrado que los mismos presentan unos valores de eficiencia, sintonizabilidad y fotoestabilidad que les hacen viables para ser empleados como emisores de luz láser, mejorando sustancialmente a otras matrices poliméricas anteriormente descritas.Therefore, the use of new Materials such as laser light emitters, object of the present invention patent, has shown that they have some efficiency, tunability and photostability values that make them viable to be used as laser light emitters, substantially improving other polymer matrices previously described.

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Ejemplo 3Example 3 Extensión del empleo de estas matrices a otros colorantes láseresExtension of the use of these matrices to other dyes lasers

Con objeto de demostrar la aplicabilidad de estas matrices con cualquiera de los colorantes láseres utilizados comercialmente, se sintetizaron nuevos copolímeros con un contenido en octametilmetacrilato del 13% en peso, siguiendo el procedimiento descrito en el ejemplo 1, pero ahora adicionando a cada muestra de copolímero uno de los cinco colorantes láser comerciales más representativos: Pirrometeno 569, Rodamina 6G, Perileno Rojo y Cumarina 503, además del Pirrometeno 567. Las concentraciones de cada uno de ellos fueron elegidas de acuerdo a su coeficiente de absorción molar para alcanzar a 532 nm una densidad óptica óptima, con el fin de obtener en cada caso una eficiencia máxima bajo las condiciones experimentales de excitación o bombeo descritas en el ejemplo anterior. Los valores experimentales obtenidos se recogen en la Tabla 3 adjunta.In order to demonstrate the applicability of these matrices with any of the laser dyes used commercially, new copolymers with a content were synthesized in octamethyl methacrylate of 13% by weight, following the procedure described in example 1, but now adding to each sample of copolymer one of the five most commercial laser dyes Representative: Pirrometene 569, Rhodamine 6G, Red Perylene and Coumarin 503, in addition to Pyrometene 567. Concentrations of each of them were chosen according to their coefficient of molar absorption to reach an optimum optical density at 532 nm, in order to obtain maximum efficiency in each case under experimental conditions of excitation or pumping described in the Previous example. The experimental values obtained are collected in the attached Table 3.

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TABLA 3TABLE 3 Evaluación láser de diferentes colorantes al ser incorporados en el copolímero de MMA/8MMAPOSS-13 PLaser evaluation of different dyes to be incorporated into the MMA / 8MMAPOSS-13 copolymer P

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Estos resultados demuestran que, tanto las altas eficiencias láser alcanzadas, cuando el colorante está verdaderamente disuelto en las matrices sólidas de los copolímero con octametilmetacrilato de silsesquioxano, son superiores o, como mínimo, iguales a las obtenidas con los mismos colorantes en disolución. En cuanto a las altas fotoestabilidades obtenidas, ponen de manifiesto que también estos materiales son utilizables con cualquier colorante láser, que sea soluble en las mismas, como emisores sólidos de luz láser.These results show that both high  laser efficiencies reached, when the dye is truly dissolved in the solid matrices of the copolymer with silsesquioxane octamethylmethacrylate, they are superior or, as minimum, equal to those obtained with the same dyes in dissolution. As for the high photostabilities obtained, show that these materials are also usable with any laser dye, which is soluble therein, such as solid laser light emitters.

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Ejemplo 4Example 4 Influencia de la funcionalidad de monómero portador del grupo SilsesquioxanoInfluence of the functionality of the carrier monomer Silsesquioxane

Con objeto de ilustrar la influencia que tiene el número de dobles enlaces del monómero portador del grupo Silsesquioxano, se llevo a cabo la obtención de dos copolímeros con el monómero con un solo doble enlace metacrílico (estructura I) y otro con el monómero con ocho dobles enlaces metacrílicos (estructura II), ambos a la concentración del 13% respecto al volumen total de la mezcla de monómeros. Las condiciones de síntesis, concentración del colorante PM 567, así como su evaluación láser, fueron idénticas para ambas muestras y con las descritas en los ejemplos anteriores.In order to illustrate the influence it has the number of double bonds of the group carrier monomer Silsesquioxane, two copolymers were obtained with the monomer with a single double methacrylic bond (structure I) and another with the monomer with eight double methacrylic bonds (structure II), both at a concentration of 13% with respect to total volume of the monomer mixture. The conditions of synthesis, concentration of dye PM 567, as well as its laser evaluation, were identical for both samples and with the described in the previous examples.

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TABLA 4TABLE 4 Comparación de los parámetros láser evaluados en función del número de grupos metacrílicos presentes en el monómero sililado (xMMAPOSS)Comparison of the laser parameters evaluated in function of the number of methacrylic groups present in the silylated monomer (xMMAPOSS)

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Aunque los valores de eficiencia y estabilidad fueron ambos del mismo orden, los obtenidos para el copolímero de octametilmetacrilato de Silsesquioxano fueron superiores en un 20 y en un 10%, respectivamente, respecto de los obtenidos con el monómero con solo un grupo metacrilato. Dichas diferencias son asignables al entrecruzamiento del copolímero obtenido con este monómero polifuncional, frente al copolímero lineal obtenido con el primer monómero.Although efficiency and stability values they were both of the same order, those obtained for the copolymer of Silsesquioxane octamethylmethacrylate were superior by 20 and in 10%, respectively, with respect to those obtained with the monomer with only one methacrylate group. These differences are assignable to the crosslinking of the copolymer obtained with this polyfunctional monomer, versus the linear copolymer obtained with the First monomer

Claims (7)

1. Copolímeros lineales sililados con grupos silsesquioxano, caracterizados porque al menos uno de los comonómeros empleados en su obtención lleva como sustituyente de su doble enlace polimerizable un grupo Silsesquioxano (estructura I):1. Linear silylated copolymers with silsesquioxane groups, characterized in that at least one of the comonomers used in obtaining it has as a substituent of its polymerizable double bond a Silsesquioxane group (structure I): 88 en donde R son hidrógenos o cualquier grupo orgánico, alifático o aromático.where R are hydrogens or any organic, aliphatic or aromatic.
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2. Copolímeros entrecruzados sililados con grupos silsesquioxano, caracterizados porque al menos uno de los comonómeros empleados en su obtención tiene un grupo Silsesquioxano funcionalizado con un número variable de dobles enlaces polimerizables, superior a uno y hasta un máximo de ocho grupos por molécula (estructura II):2. Silylated crosslinked copolymers with silsesquioxane groups, characterized in that at least one of the comonomers employed in obtaining it has a functionalized Silsesquioxane group with a variable number of polymerizable double bonds, greater than one and up to a maximum of eight groups per molecule (structure II ): 99 3. Copolímeros entrecruzados sililados con grupos silsesquioxano, lineales o entrecruzados, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizados además porque los dobles enlaces de los monómeros portadores del grupo Silsesquioxano, así como los de sus comonómeros, puede ser cualquier doble enlace polimerizable en un número variable, de uno a ocho, aunque preferentemente los mejores resultados son los obtenidos con dobles enlaces vinílicos, acrílicos y metacrílicos, siendo estos dos últimos grupos insaturados con los que se han conseguido alcanzar las mejores propiedades ópticas.3. Silylated crosslinked copolymers with silsesquioxane groups, linear or crosslinked according to claims 1 and 2, further characterized in that the double bonds of the carrier monomers of the Silsesquioxane group, as well as those of their comonomers, can be any double polymerizable bond in a number variable, from one to eight, although preferably the best results are those obtained with vinyl, acrylic and methacrylic double bonds, the latter two unsaturated groups with which the best optical properties have been achieved. 4. Copolímeros sililados con grupos silsesquioxano, según las reivindicaciones 1, 2 y 3, caracterizados porque la concentración de monómeros de silsesquioxano con estructura I o II varia dentro de amplios márgenes, si bien los copolímeros con mejores propiedades láser se obtienen cuando su concentración se encuentra entre 1 y 50% en peso, respecto del volumen de la mezcla total de monómeros de partida.4. Silylated copolymers with silsesquioxane groups according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the concentration of silsesquioxane monomers with structure I or II varies within wide ranges, although copolymers with better laser properties are obtained when their concentration is It is between 1 and 50% by weight, based on the volume of the total mixture of starting monomers. 5. Procedimiento de obtención de los copolímeros sililados con grupos silsesquioxano según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por realizar la polimerización en bloque mediante iniciación térmica vía radicales libres; utilizando como iniciador, los de tipo peróxido e hidroperóxido, así como los azocompuestos alifáticos, preferentemente el azobis-isobutironitrilo, a una concentración de entre el 0,1 y el 5% en peso, respecto de la mezcla de monómeros.5. Procedure for obtaining silylated copolymers with silsesquioxane groups according to the preceding claims, characterized in that the block polymerization is carried out by thermal initiation via free radicals; using as initiator, those of the peroxide and hydroperoxide type, as well as the aliphatic azo compounds, preferably azobis-isobutyronitrile, at a concentration of between 0.1 and 5% by weight, with respect to the monomer mixture. 6. Utilización de los anteriores copolímeros sililados, según reivindicaciones 1 a 5, en aquellas aplicaciones ópticas donde se requieran materiales poliméricos con buenas propiedades ópticas, alta fotoestabilidad, así como mayor estabilidad y conductividad térmica que las de los polímeros comerciales convencionales.6. Use of the above copolymers silylated, according to claims 1 to 5, in those applications optics where polymeric materials with good materials are required optical properties, high photostability, as well as greater stability and thermal conductivity than those of polymers conventional commercials. 7. Utilización de los anteriores copolímeros sililados con grupos silsesquioxano, según las reivindicaciones 1 a 6, en aplicaciones en las que la estabilidad térmica es determinante, tal como su utilización para la obtención de matrices emisoras de luz láser de colorantes de alta eficiencia y estabilidad, cuando a dichas matrices sólidas se les incorpora, antes o durante su polimerización, cualquier colorante láser, siempre que los mismos sean solubles en la mezcla inicial de monómeros y en el polímero final obtenido.7. Use of the above copolymers silylated with silsesquioxane groups according to claims 1 to  6, in applications where thermal stability is determinant, such as its use to obtain matrices high efficiency dye laser light emitters and stability, when these solid matrices are incorporated, before or during its polymerization, any laser dye, provided that they are soluble in the initial mixture of monomers and in the final polymer obtained.
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