JP7183365B2 - ナノエマルション光学材料 - Google Patents
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Description
次に図1を参照すると、ナノエマルション光学材料100は、多数の液状ナノ液滴120が懸濁された光学的に透明な固体ポリマーマトリックス110からなり得る。用語「ナノ液滴」は、5~1000nmの直径を有する液滴を意味する。可視光がナノエマルション光学材料100中を散乱することなく透過することを許容するために、ナノ液滴120は、好ましくは200ナノメートル以下の直径を有し得る。
4.6mgのPhotorome(登録商標)Iフォトクロミック染料(シグマアルドリッチから入手可能)を0.4mlのカプリル酸/カプリン酸トリグリセリド・オイル(Sasol(登録商標)から入手可能なMiglyol(登録商標)812)中に溶解させることによって溶液1を調製した。溶液1中の染料の濃度は、重量で1.2%であった。約31,000ダルトンの分子量をもつ2.1gの87%~89%加水分解ポリビニルアルコール(PVA)(シグマアルドリッチから入手可能なMowiol(登録商標)4-88 PVA)を8.4gの水中に溶解させることによって溶液2を調製した。溶液2中のPVAの濃度は、重量で20%であった。2つの溶液を混合して、0℃で冷却中に10分間、超音波処理(ウルトラソニファイア、70%振幅、13mmチップ)を施した。結果として生じた懸濁液は、重量で15.7%がPVA、2.87%がオイルおよび0.042%が染料であり、残りが水であった。懸濁液は、PVAのグラム当たり0.19mlのオイルを含有した。4.5gの混合物を9cmの直径を有するペトリ皿でフィルムにキャストして、水を蒸発させた。結果として生じたナノエマルション・フィルムは、1.08gの乾燥重量を有し、重量で15.6%がオイルおよび0.19%が染料であった。
Photorome(登録商標)I染料の代わりにReversacol(商標)パラティネート(Palatinate)パープル染料(Vivimed Labsから入手可能)を用い、溶液1中のMiglyol(登録商標)812オイルの代わりに等しい体積の以下のオイル、すなわち、カプリル酸/カプリン酸/コハク酸トリグリセリド・オイル(Miglyol(登録商標)829、Sasol(登録商標)から入手可能)、プロピレングリコールジカプリラート/ジカプラート・オイル(Miglyol(登録商標)840、Sasol(登録商標)から入手可能)、テレフタル酸ジオクチル(DOT:dioctyl terphthalate)、フタル酸ジエチル(DEP:diethyl phthalate)、アジピン酸ジイソデシル、ポリエチレングリコール2-エチルヘキサノアート、セバシン酸ジエチルヘキシル(disehtylhexyl sebacate)、室温で1000センチポアズの粘性を有するポリフェニル-メチルシロキサン(シグマアルドリッチから入手可能なAP1000シリコーンオイル)、および室温で20センチポアズの粘性を有するポリフェニル-メチルシロキサン(シグマアルドリッチから入手可能なAR20シリコーンオイル)を用いて、実施例1の手順を繰り返した。結果として生じたフィルムのすべてが予想された逆フォトクロミック動態を示した。すべてのケースにおいて、着色された状態から透明な状態への自発的戻り異性化が溶液中と同じくらい速く、ポリマーマトリックス中の同じフォトクロミック染料の速度より速い。図6は、以下のオイル、すなわち、DOT(曲線610)、Miglyol(登録商標)840(曲線620)、Miglyol(登録商標)812(曲線630)、Miglyol(登録商標)829(曲線640)およびDEP(曲線650)を用いて作った光学材料の自発的逆異性化応答のグラフ600を示す。
溶液1中のPhotoromeI染料の代わりに、等しい重量の以下のフォトクロミック染料、すなわち、Reversacol(商標)パラティネートパープル、Reversacol(商標)ボルカニックグレー、Reversacol(商標)ベリーレッド、Reversacol(商標)ストームパープル、Reversacol(商標)クラレット、Reversacol(商標)オックスフォードブルー、Reversacol(商標)ペニングリーン、Reversacol(商標)ハンバーブルー、Reversacol(商標)ラッシュイエロー、Reversacol(商標)ベルベットブルー、Reversacol(商標)ミッドナイトグレー(すべてがVivimed Labsから入手可能)を用いて、実施例1の手順を繰り返した。結果として生じたフィルムのすべてが予想されたフォトクロミック応答を示した。図7は、以下のフォトクロミック染料、すなわち、Reversacol(商標)クラレット(曲線710)、Photorome(登録商標)I(曲線720)、Reversacol(商標)パラティネートパープル(曲線730)、およびReversacol(商標)オックスフォードブルーまたはReversacol(商標)ストームパープルのいずれか(曲線740)を含有するナノエマルション光学材料の自発的逆応答のグラフ700を示す。すべてのフィルムが溶液中の同じ染料の応答時間に匹敵する予想された速い応答を示した。
Photorome(登録商標)I染料の代わりにReversacol(商標)パラティネートパープル染料を用い、溶液1中の染料の量を7.6mgおよび19.0mgに増加したことを除いて、実施例1の手順を用いて2つの試料を調製した。2つの溶液中の染料の濃度は、それぞれ、重量で2%および5%の染料であった。結果として生じたフィルムのすべてが予想された速いフォトクロミック応答を示した。フィルム組成は、それぞれ、重量で0.31%および0.77%の染料を含んだ。
9.8mgのReversacol(商標)パラティネートパープル・フォトクロミック染料を0.5mlのMiglyol(登録商標)812オイル中に溶解させることによって溶液1を調製した。溶液1中の染料の濃度は、重量で2%であった。1.68gの高分子量(88,000~97,000ダルトン)87%~89%加水分解PVA(Alpha Aesar(登録商標)から入手可能なH-88 PVA)を13.8gの水中に溶解させることによって溶液2を調製した。溶液2中のPVAの濃度は、重量で11%であった。懸濁液は、PVAのグラム当たり1.5mlのオイルを含有した。2つの溶液を混合して10分間、超音波処理(ウルトラソニファイア、70%振幅、13mmチップ)を施した。結果として生じた懸濁液は、重量で9.25%がPVA、2.64%がオイル、および0.06%が染料であり、残りが水であった。11.1グラムの混合物をペトリ皿(9cmの直径)でフィルムにキャストして、水を蒸発させた。結果として生じたフィルムは、1.451gの乾燥重量を有し、重量で22.6%がオイルおよび0.45%が染料であった。フィルムは、予想されたフォトクロミック応答を示した。溶液2が13,000ダルトン~205,000ダルトンの分子量を有する重量で8%~20%の86%~88%加水分解PVAを含んだときに、同様の結果が得られた。フォトクロミック応答動態がPVAの分子量を変化させた後に維持されるという事実は、染料分子がすべてナノ液滴中に溶解されてPVAマトリックス中には拡散しないことのさらなる実証である。
(重量で)2%のReversacol(商標)パラティネートパープル・フォトクロミック染料をMiglyol(登録商標)812中に溶解させることによって溶液1を調製した。溶液1の体積を0.5ml、1.0ml、2.0ml、および3.0mlに増加させたことを除いて、実施例1の手順を用いて4つのナノエマルション光学材料を調製した。対応する懸濁液および乾燥フィルムの組成を表1に示す。4つの懸濁液は、PVAのグラム当たり0.24、0.48、0.95、および1.43mlのオイルを含有した。留意すべきは、懸濁液の残りが水であり、乾燥フィルムの残りがPVAであることである。
200mgのReversacol(商標)パラティネートパープル・フォトクロミック染料を10.2mlのMiglyol(登録商標)812オイル中に溶解させることによって溶液1を調製した。溶液1中の染料の濃度は、重量で2%であった。42gのMowiol(登録商標)4-88 PVAを220gの水中に溶解させることによって溶液2を調製した。溶液2中のPVAの濃度は、重量で20%であった。2つの溶液を混合して40分間、超音波処理(ウルトラソニファイア、100%振幅、25mmチップ)を施した。混合物の5.0、10.0および20.0gの部分を別々にペトリ皿でフィルムにキャストして、水を蒸発させた。結果として生じたフィルムは、それぞれ1.18g、2.36g、および4.73gの乾燥重量を有し、重量で19.2%がオイルおよび0.38%が染料であった。乾燥フィルムは、予想された速いフォトクロミック応答を示した。図8は、実施例7のナノエマルション光学材料の自発的逆応答(曲線810)のグラフ800を示す。超音波処理後のナノエマルションは、透明ではなくむしろ透光性であったが、結果として生じた乾燥フィルムは、非常に透明であった。図9は、ナノエマルション光学材料が着色していない状態ではそのフィルムを通してテキストがはっきりと見えることを実証する写真を示す。
1mgのReversacol(登録商標)パラティネートパープル・フォトクロミック染料を0.11mlのMiglyol(登録商標)812オイル中に溶解させることによって溶液1を調製した。溶液1は、重量で1%の染料の濃度を有した。1.05gのMowiol(登録商標)10-98 PVA(61,000Daの分子量、98~99%加水分解、シグマアルドリッチPVA10-98)を10.5gの水中に溶解させることによって溶液2を調製した。溶液2中のPVAの濃度は、重量で10%であった。2つの溶液を混合して、10分の磁気攪拌を施した。続いて、高せん断ホモジナイザ(IKA,T18 digital Ultraturrax)を5000rpmで10分間用いて混合物を乳化させた。次に、エマルションに超音波処理(ブランソン400W-20kHzデジタルソニファイア、70%電力)を20分間施すことによって最終的なナノエマルションを調製した。超音波処理中、混合物をおよそ0℃に維持した。結果として生じたナノエマルションは、部分的に透光性であり、わずかに青みを帯びたオパール色を伴った。ナノエマルションを9cmの直径のペトリ皿にキャストして、室温でおよそ24時間水を乾燥させた。結果として生じたフィルムは、良好な透明性および液体のように速い退色フォトクロミック挙動を有した。図10は、実施例8のナノエマルション光学材料の自発的逆応答(曲線1010)のグラフ1000を示す。
この記載を通じて、示された実施形態および実施例は、開示または請求される装置および手順に対する限定ではなく、典型例と見做されるべきである。本明細書に提示される多くの例が方法動作またはシステム要素の具体的な組み合わせを含むが、同じ目標を達成するためにそれらの動作およびそれらの要素が他の仕方で組み合わされてもよいことを理解されたい。フローチャートについては、さらなるまたはより少ないステップが行われてもよく、本明細書に記載される方法を達成するために、示されたステップが組み合わされるか、またはさらに改良されてもよい。1つの実施形態に関連してのみ考察された動作、要素、および特徴が、他の実施形態における同様の役割から除外されることは、意図されていない。
Claims (18)
- 87%~99%加水分解されている、10,000~250,000ダルトンの分子量を有するポリビニルアルコール(PVA)を含む固体ポリマーマトリックス、および
前記ポリマーマトリックス内に直接分散された、光学的相互作用材料を備える、複数の直径5~200ナノメートルのナノ液滴を備えるナノエマルション光学材料であって、
前記複数のナノ液滴は、前記光学的相互作用材料が溶解されたオイルを備え、該オイルが鉱物オイル、シリコーンオイル及び植物オイルから選択される少なくとも一つであり、
前記ナノエマルション光学材料は、オイルまたは光学的相互作用材料のポリマーマトリックスへの明白な拡散なしに、120℃で少なくとも6時間および加圧下で安定であり、
前記ポリマーマトリックス内に懸濁されたナノ液滴は、予めカプセル化されておらず、PVA以外の材料のカプセル壁または皮層によって閉じ込められていないものである、
前記ナノエマルション光学材料。 - 前記ナノエマルション光学材料中のオイルの量は、重量で15%~60%である、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記光学的相互作用材料は、フォトクロミック染料、蛍光染料、燐光染料、発光染料、サーモクロミック染料、およびアップコンバート染料からなる群から選択された染料を備える、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記光学的相互作用材料は、フォトクロミック染料である、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記光学的相互作用材料は、T型フォトクロミック染料である、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記ナノエマルション光学材料中のフォトクロミック染料の量は、重量で0.19%~1.2%である、請求項4に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記複数のナノ液滴は、液晶材料、イオン性液体、および相変化材料のうちの1つ以上を備える、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- 前記複数のナノ液滴の直径は、150ナノメートル以下である、請求項1に記載のナノエマルション光学材料。
- ナノエマルション光学材料を作製する方法であって、
87%~99%加水分解されている、10,000~250,000ダルトンの分子量を有するポリビニルアルコール(PVA)を含むポリマー材料の溶液を溶媒中に形成するステップと、
光学的相互作用材料を含有する複数の直径5~200ナノメートルのナノ液滴を前記溶液中に懸濁させるステップと、
前記溶媒を抽出して、前記光学的相互作用材料を含有する前記ナノ液滴が直接分散された固体ポリマーマトリックスを備える透明なナノエマルション光学材料を得るステップと
を備える、方法であって、
前記複数のナノ液滴は、前記光学的相互作用材料が溶解されたオイルを備え、該オイルが鉱物オイル、シリコーンオイル及び植物オイルから選択される少なくとも一つであり、
前記ナノエマルション光学材料は、オイルまたは光学的相互作用材料のポリマーマトリックスへの明白な拡散なしに、120℃で少なくとも6時間および加圧下で安定であり、
前記ポリマーマトリックス内に懸濁されたナノ液滴は、予めカプセル化されておらず、PVA以外の材料のカプセル壁または皮層によって閉じ込められていないものである、
前記方法。 - 前記ポリマー材料は、ポリビニルアルコール(PVA)を備え、前記溶媒は、水である、請求項9に記載の方法。
- 前記ナノエマルション光学材料中のオイルの量は、重量で乾燥フィルムの9%~60%である、請求9に記載の方法。
- 前記光学的相互作用材料は、フォトクロミック染料、蛍光染料、燐光染料、発光染料、サーモクロミック染料、およびアップコンバート染料からなる群から選択された染料を備える、請求項9に記載の方法。
- 前記光学的相互作用材料は、フォトクロミック染料である、請求項9に記載の方法。
- 前記光学的相互作用材料は、T型フォトクロミック染料である、請求項9に記載の方法。
- 前記ナノエマルション光学材料中のフォトクロミック染料の量は、重量で0.19%~1.2%である、請求項13に記載の方法。
- 光学物品であって、
ナノエマルション光学材料のフィルム
を備え、前記フィルムは、
87%~99%加水分解されている、10,000~250,000ダルトンの分子量を有するポリビニルアルコール(PVA)を含む固体ポリマーマトリックス、および
前記ポリマーマトリックス内に直接分散された光学的相互作用材料を備える複数の直径5~200ナノメートルのナノ液滴
を備える、
光学物品であって、
前記複数のナノ液滴は、前記光学的相互作用材料が溶解されたオイルを備え、該オイルが鉱物オイル、シリコーンオイル及び植物オイルから選択される少なくとも一つであり、
前記ナノエマルション光学材料は、オイルまたは光学的相互作用材料のポリマーマトリックスへの明白な拡散なしに、120℃で少なくとも6時間および加圧下で安定であり、
前記ポリマーマトリックス内に懸濁されたナノ液滴は、予めカプセル化されておらず、PVA以外の材料のカプセル壁または皮層によって閉じ込められていないものである、前記物品。 - 光学素子をさらに備え、
前記ナノエマルション光学材料の前記フィルムは、前記光学素子の表面上に配置された、
請求項16に記載の光学物品。 - 前記ナノエマルション光学材料の前記フィルムが埋め込まれた光学素子
をさらに備える、請求項16に記載の光学物品。
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