KR100391748B1 - Method of making light-polarizing particles of improved particle size distribution, light-polarizing particles made thereby and liquid suspensions, light-polarizing bodies and light valves including such particles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리할라이드 입자를 형성하는데 적합하고, 평균 크기 및/또는 중앙 크기가 1 마이크론 미만인 전구체와, 요오드 원소 및 할로겐화수소산 또는 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 할라이드를 반응시키는 단계를 포함하는 편광 재료의 입자를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention is suitable for forming polyhalide particles and comprises reacting a precursor having an average size and / or median size of less than 1 micron with an element of iodine and hydrofluoric acid or ammonium, alkali metal or alkaline earth metal halide. Provided are methods for making the particles.

Description

입자 크기 분포가 개선된 편광 입자를 제조하는 방법, 그에 의해 제조된 편광 입자, 및 그러한 입자를 포함하는 액체 현탁액, 편광체 및 광 밸브{METHOD OF MAKING LIGHT-POLARIZING PARTICLES OF IMPROVED PARTICLE SIZE DISTRIBUTION, LIGHT-POLARIZING PARTICLES MADE THEREBY AND LIQUID SUSPENSIONS, LIGHT-POLARIZING BODIES AND LIGHT VALVES INCLUDING SUCH PARTICLES}METHOD OF MAKING LIGHT-POLARIZING PARTICLES OF IMPROVED PARTICLE SIZE DISTRIBUTION, LIGHT- A method for producing polarized particles with improved particle size distribution, polarized particles produced thereby, and liquid suspensions, polarizers and light valves comprising such particles POLARIZING PARTICLES MADE THEREBY AND LIQUID SUSPENSIONS, LIGHT-POLARIZING BODIES AND LIGHT VALVES INCLUDING SUCH PARTICLES}

빛을 조절하는 광 밸브는 60여년 전부터 알려져 왔다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 광 밸브는 단거리로 떨어져 이격된 2개의 벽으로 형성된 셀이라고 말할 수 있는데, 적어도 한쪽 벽은 투명하고, 일반적으로 이들 벽에는 투명 전도성 피막 형태의 전극이 마련되어 있다. 상기 셀은 광 조절 부재를 포함하는데, 이 부재는 입자의 액체 현탁액이거나, 또는 입자의 액체 현탁액의 소적이 분포되고 캡슐화된 플라스틱 필름일 수 있다.Light control valves have been known for more than 60 years. As used herein, a light valve may be said to be a cell formed of two walls spaced apart at short distances, at least one of which is transparent, and generally these walls are provided with electrodes in the form of a transparent conductive coating. The cell includes a light control member, which may be a liquid suspension of particles or a plastic film in which droplets of a liquid suspension of particles are distributed and encapsulated.

액체 현탁액(본 명세서에서 때로는 "액체 광 밸브 현탁액"이라 부름)은 액체 현탁매(懸濁媒)에 현탁된 작은 입자를 포함한다. 인가된 전기장의 부재하에, 액체 현탁액 중 입자는 불규칙한 브라운 운동을 나타내고, 따라서 셀 중에 통과하는 광선은 셀 구조, 입자의 특성 및 농도와 빛의 에너지 함량에 따라 반사, 투과 또는 흡수된다. 그러므로, 광 밸브는 오프(OFF) 상태에서 상대적으로 탁하다. 그러나, 광 밸브내 광 밸브 현탁액을 통해 전기장이 인가되는 경우, 상기 입자들은 정렬되고 여러 현탁액에 대하여 대부분의 빛이 셀을 통과할 수 있다. 따라서, 광 밸브는 온(ON) 상태에서는 상대적으로 투명하다.Liquid suspensions (sometimes referred to herein as "liquid light valve suspensions") comprise small particles suspended in a liquid suspension. In the absence of an applied electric field, the particles in the liquid suspension exhibit irregular Brownian motion, and thus the light rays passing through the cell are reflected, transmitted or absorbed depending on the cell structure, the properties and concentration of the particles and the energy content of the light. Therefore, the light valve is relatively cloudy in the OFF state. However, when an electric field is applied through the light valve suspension in the light valve, the particles are aligned and for most of the suspension most of the light can pass through the cell. Thus, the light valve is relatively transparent in the ON state.

광 밸브는 여러 용도, 예컨대 문자와 숫자를 모두 처리할 수 있는 디스플레이, 텔레비젼 디스플레이, 윈도우, 선루프(sun roof), 차광판(sun visor), 거울, 안경 등에 사용하여 이를 통과하는 빛의 양을 제어하는 용도로 제안되었다. 본 명세서에 개시된 종류의 광 밸브는 "현탁된 입자 장치" 또는 "SPD"라고 알려져 있다.Light valves control the amount of light passing through them for many uses, such as displays that can handle both letters and numbers, television displays, windows, sun roofs, sun visors, mirrors, glasses, etc. It is proposed to use. Light valves of the type disclosed herein are known as "suspended particle devices" or "SPDs."

여러 용도에 대하여, 상기 활성화 가능한 재료는 액체 현탁액보다는 플라스틱 필름인 것이 바람직하다. 예를 들어, 가변성 광 투과 윈도우로서 사용되는 광 밸브에 있어서, 필름의 사용을 통하여 수압 효과(hydrostatic pressure effect), 예컨대 고컬럼의 액체 현탁액과 관련된 팽출(bulging)을 피할 수 있고 가능한 누출 위험도 피할 수 있기 때문에 단독의 액체 현탁액보다는 액체 현탁액의 소적이 분포되어 있는 플라스틱 필름이 바람직하다. 플라스틱 필름을 사용한 또 한가지 장점은, 플라스틱 필름 중에서 입자는 일반적으로 매우 작은 소적 내에만 존재하므로, 그 필름이 전압으로 반복적으로 활성화될 때, 현저하게 응집하지 않는다는 점이다.For many applications, the activatable material is preferably a plastic film rather than a liquid suspension. For example, in a light valve used as a variable light transmission window, the use of a film can avoid hydrostatic pressure effects, such as bulging associated with high column liquid suspensions, and also a possible risk of leakage. As such, a plastic film in which droplets of the liquid suspension are distributed is preferable to the liquid suspension alone. Another advantage of using plastic films is that particles in plastic films are generally only present in very small droplets and therefore do not significantly aggregate when the film is repeatedly activated with voltage.

그래서, 본 명세서에서 사용된 "광 밸브 필름"은 필름내 분포된 입자의 액체 현탁액의 소적을 보유한 필름이다.Thus, as used herein, a "light valve film" is a film that holds droplets of a liquid suspension of particles distributed in the film.

균질 용액으로부터의 상 분리에 의하여 제조된 광 밸브 필름의 종류는 미국 특허 제5,409,734호에 개시되어 있다. 유화액을 가교시켜 얻은 광 밸브 필름은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,463,491호 및 제5,463,492호에 개시되어 있다. 이들 특허 및 기타 특허와 본 명세서에서 인용한 다른 출처는 모두 본 명세서에 참고로 인용한다.The kind of light valve film produced by phase separation from a homogeneous solution is disclosed in US Pat. No. 5,409,734. Light valve films obtained by crosslinking emulsions are disclosed in US Pat. Nos. 5,463,491 and 5,463,492, assigned to the assignee of the present invention. These and other patents and other sources cited herein are all incorporated herein by reference.

절단하여 편광 선글래스 렌즈로 성형하거나 필터로 사용할 수 있으며, 때로는 "판상(板狀) 편광자"라고도 부르는 편광판과 같은 경화 현탁액에 사용하기 위해서, 셀룰로스 아세테이트 또는 폴리비닐 알코올 등과 같은 적절한 필름 형성 재료의 판재를 통해 편광 입자를 분산 또는 분포시킬 수 있다. 판상 편광자에 사용하기 위한 경화 현탁액을 제조하는 방법은 종래 기술분야에 공지되어 있다. 그러나, 이들 경화 현탁액에서, 입자는 부동성이다. 예컨대 미국 특허 제2,178,996호 및 제2,041,138호 참조.Plates of suitable film-forming materials, such as cellulose acetate or polyvinyl alcohol, can be cut and molded into polarized sunglass lenses or used as filters and for use in hardened suspensions such as polarizers, sometimes referred to as "plate polarizers." Through the polarizing particles can be dispersed or distributed. Methods of preparing cured suspensions for use in plate polarizers are known in the art. However, in these curing suspensions, the particles are immobilizable. See, eg, US Pat. Nos. 2,178,996 and 2,041,138.

액체 광 밸브 현탁액Liquid light valve suspension

1. 액체 현탁매 및 안정화제1. Liquid Suspensions and Stabilizers

액체 광 밸브 현탁액은 당업계에 공지된 임의의 액체 광 밸브 현탁액일 수 있으며, 기존의 기법으로 제조할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "액체 광 밸브 현탁액"이란 다수의 작은 입자가 분산된 "액체 현탁매"를 의미한다. "액체 현탁매"는 1 종 이상의 비수성, 전기적 저항성이 있는 액체를 포함하는데, 이 액체에는 입자의 응집 성향을 감소시키고 이들 입자를 분산된 상태로 또는 현탁액 상태로 유지시키는 작용을 하는 1종 이상의 중합체 안정화제가 용해되어 있는 것이 좋다.The liquid light valve suspension can be any liquid light valve suspension known in the art and can be prepared by conventional techniques. As used herein, "liquid light valve suspension" means "liquid suspension medium" in which a number of small particles are dispersed. "Liquid suspension medium" includes one or more non-aqueous, electrically resistant liquids, one or more of which act to reduce the agglomeration propensity of the particles and to keep these particles dispersed or in suspension. It is preferable that the polymer stabilizer is dissolved.

본 발명의 액체 광 밸브 현탁액은 입자 현탁용 광 밸브에 사용하기 위해서 종전에 제안된 임의의 액체 현탁매를 포함할 수 있다. 당업계에 공지된 액체 현탁매가 본 발명에 유용하다. 액체 현탁매는 미국 특허 제4,247,175호 및 제4,407,565호에 개시된 것들을 포함하나, 이에 국한되는 것은 아니다. 일반적으로 액체 현탁매 또는 그 현탁매에 용해된 중합체 안정화제는 중력 평형으로 현탁된 입자를 유지시키도록 선택된다.The liquid light valve suspension of the present invention may comprise any liquid suspension medium previously proposed for use in light valves for particle suspension. Liquid suspensions known in the art are useful in the present invention. Liquid suspensions include, but are not limited to, those disclosed in US Pat. Nos. 4,247,175 and 4,407,565. In general, the liquid suspension or polymer stabilizer dissolved in the suspension is selected to maintain suspended particles in gravity equilibrium.

중합체 안정화제를 사용한 경우, 중합체 안정화제는 입자의 표면에는 결합하지만 액체 현탁매의 비수성 액체(들)에 용해되는 단일 종류의 고체 중합체일 수 있다. 대안으로서는, 중합체 안정화제는 중합체 안정화계로서 작용하는 2종 이상의 고체 중합체 안정화제가 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 입자는 니트로셀룰로스와 같은 제1 유형의 고체 중합체 안정화제로 피복될 수 있으며, 이는 실제로 제1 유형의 고체 중합체 안정화제에 결합하거나 또는 이와 회합(會合)하고, 액체 현탁매에 용해되어 분산액과 입자를 위한 입체 보호를 제공하는 1종 이상의 추가 유형의 고체 중합체 안정화제와 입자를 위한 평탄면 피막을 제공한다. 또한, 액체 중합체 안정화제를 사용하면, 미국 특허 제5,463,492호에 개시된 바와 같이 특히 SPD 광 밸브 필름에 유리하게 사용할 수 있다.When a polymer stabilizer is used, the polymer stabilizer may be a single kind of solid polymer that binds to the surface of the particles but dissolves in the non-aqueous liquid (s) of the liquid suspension. As an alternative, the polymer stabilizer may be two or more solid polymer stabilizers that act as polymer stabilizers. For example, the particles can be coated with a first type of solid polymer stabilizer, such as nitrocellulose, which actually binds to or associates with the first type of solid polymer stabilizer, and dissolves in a liquid suspension. To provide one or more additional types of solid polymer stabilizers and planar coatings for the particles that provide steric protection for dispersions and particles. In addition, the use of liquid polymer stabilizers can advantageously be used particularly for SPD light valve films as disclosed in US Pat. No. 5,463,492.

2. 입자2. Particles

알려져 있는 바와 같이, 무기 및 유기 입자를 광 밸브 현탁액에 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 알칼로이드산염 등과 같은 유기 화합물의 폴리할라이드[때때로 종래 기술에서는 퍼할라이드(perhalide)라고 부름] 입자를 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 폴리할라이드 입자는, 알칼로이드산염의 폴리할라이드와 같은 할로겐 함유 편광 재료 등의 편광 재료일 수 있다[용어 "알칼로이드"는 유기 질소 발생 염기를 의미하며, Hackh의 문헌(Chemical Dictionary, 제4판, McGraw-Hill Book Company, 뉴욕, 1969)에 정의되어 있다]. 공지된 바와 같이, 알칼로이드산염의 폴리할라이드가 제조되면, 알칼로이드부는 Hackh의 Chemical Dictionary(상기 문헌)에 개시된 바와 같이 퀴닌 알칼로이드일 수 있다. 미국 특허 제2,178,996호 및 제2,289,712호에는 퀴닌 알칼로이드산염의 폴리할라이드의 사용에 관하여 상세하게 언급되어 있다. 이 입자는 흡광성 또는 반사성일 수 있다. 또한, 상기 입자는 미국 특허 제4,131,334호에 개시된 디히드로신코니딘 술페이트 폴리요오드화물과 같은 퀴닌 알칼로이드산염의 수소 첨가된 폴리할라이드의 입자일 수 있다.As is known, inorganic and organic particles can be used in the light valve suspension. However, the present invention relates to an improved process for producing polyhalide (sometimes referred to in the prior art as perhalide) particles of organic compounds, such as alkaloidates. The polyhalide particles of the present invention may be polarizing materials such as halogen-containing polarizing materials such as polyhalides of alkaloid salts (the term "alkaloid" refers to organic nitrogen generating bases, Hackh's Chemical Dictionary, 4th edition) , McGraw-Hill Book Company, New York, 1969). As is known, when polyhalides of alkaloid salts are prepared, the alkaloid moiety can be a quinine alkaloid, as disclosed in Hackh's Chemical Dictionary (supra). U.S. Patents 2,178,996 and 2,289,712 are mentioned in detail with regard to the use of polyhalides of quinine alkaloidates. These particles can be absorbent or reflective. The particles can also be particles of hydrogenated polyhalides of quinine alkaloidates, such as dihydrocinconidine sulfate polyiodide, disclosed in US Pat. No. 4,131,334.

더욱 최근에는, 광 밸브에 사용하기 위한 유리한 특징을 보유한 개선된 폴리할라이드 입자가 미국 특허 제4,877,313호, 제5,002,701호, 제5,093,041호 및 제5,516,463호에서 제안되었다. 이들 "폴리할라이드 입자"는, 일반적으로 질소를 함유하는 유기 화합물을, 요오드 원소 및 할로겐화수소산 또는 암모늄 알칼리 금속 할라이드 또는 알칼리토금속 할라이드와 반응시켜 형성한다. 이러한 유기 화합물은 본 명세서에서 "전구체(Precursor)"라고도 부른다.More recently, improved polyhalide particles having advantageous features for use in light valves have been proposed in US Pat. Nos. 4,877,313, 5,002,701, 5,093,041 and 5,516,463. These "polyhalide particles" are generally formed by reacting an organic compound containing nitrogen with an iodine element and hydrofluoric acid or ammonium alkali metal halide or alkaline earth metal halide. Such organic compounds are also referred to herein as "precursor".

종래 폴리할라이드 입자는 D.A. Godina 및 G.P.Faerman 등이 문헌[The Journal of General Chemistry, U.S.S.R. Vol 20. p 1005-1016(1950)]에서 공개한 표제 "The Optical Properties and Structure of Polyiodides"의 논문에 상세하게 논의되어 있다. 예를 들어, 헤라파타이트는 퀴닌 비술페이트 폴리요오드화물이며, 이의 화학식은 Merck Index(10판, 머크 앤드 캄파니 인코포레이티드, 미국 뉴저지주 래스웨이)에 4C20H24N2O2·3H2SO4·2HI·I4·6H2O로서 "퀴닌 요오드황산염"이라는 표제하에 제공되어 있다. 폴리요오드화물 화합물에서, 요오드화물 음이온은 사슬을 형성하는 것으로 생각되며, 이 화합물은 강한 편광자이다. 미국 특허 제4,877,313호 및 Teitelbaum 등의 문헌[JACS 100 (1978), p3215-3217] 참조. 용어 "폴리할라이드"는 폴리요오드화물과 같은 화합물을 의미하는 것으로서 본 명세서에 사용되었으며, 요오드화물 음이온의 최소한 일부는 또 다른 할로겐화물 음이온으로 대체될 수 있다.Conventional polyhalide particles are discussed in detail in a paper by DA Godina and GPFaerman et al., Entitled "The Optical Properties and Structure of Polyiodides," published in The Journal of General Chemistry, USSR Vol 20. p 1005-1016 (1950). It is. For example, hepatite is a quinine bisulfate polyiodide, whose chemical formula is 4C 20 H 24 N 2 O 2 · Merck Index (10th Edition, Merck and Company, Rasway, NJ). 3H 2 SO 4 .2HI.I 4 .6H 2 O is provided under the heading "quinine iodide sulfate." In polyiodide compounds, iodide anions are thought to form chains, which are strong polarizers. See US Pat. No. 4,877,313 and Teitelbaum et al., JACS 100 (1978), p3215-3217. The term "polyhalide" is used herein to mean a compound such as polyiodide, and at least some of the iodide anion may be replaced with another halide anion.

공지된 바와 같이, 광 밸브에 유용한 폴리할라이드 입자는 콜로이드 크기인 것이 바람직하다. 즉, 입자의 최대 치수는 평균 약 1 마이크론 이하일 것이다. 대부분의 폴리할라이드 입자는 광 산란을 극도로 낮게 유지하기 위해서 최대 치수가 청광 파장의 1/2 미만, 즉 2000 Å 이하인 것이 바람직하다.As is known, polyhalide particles useful for light valves are preferably colloidal in size. That is, the maximum dimension of the particles will average up to about 1 micron. Most polyhalide particles preferably have a maximum dimension of less than 1/2 of the blue light wavelength, i.e. 2000 Hz or less, in order to keep light scattering extremely low.

본 발명은 액체 현탁액에서 사용하기 위한 입자 크기 분포가 개선된 편광 입자를 제조하는 방법과, 광 밸브, 필름 및 경화 현탁액에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polarized particles with improved particle size distribution for use in liquid suspensions, and to light valves, films and curing suspensions.

본 발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명은 액체 광 밸브 현탁액의 입자로서 사용하기에 특히 적합한 폴리할라이드 입자를 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 특정 입자 크기의 "전구체"와, 요오드 원소 및 할로겐화수소산 또는 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 할라이드를 반응시키는 단계를 포함한다. 상기 전구체는 요오드 원소 및 할로겐화수소산 또는 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 할라이드와의 반응으로 유기 폴리할라이드 입자를 형성하는데 이전에 사용되었던 임의의 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 전구체는 퀴닌 알칼로이드산염(미국 특허 제2,178,996호 및 제2,289,712호), 수소 첨가된 알칼로이드산염(미국 특허 제4,131,334호), 수소, 암모늄 또는 금속 이온과 킬레이트화되는 1 이상의 기를 함유하는 유기 화합물(미국 특허 제4,877,313호, 제5,002,701호, 제5,093,041호 및 제5,516,463호)일 수 있으며, 이들 미국 특허는 모두 본 명세서에서 참고로 인용하였다. 상기 전구체는 어떤 색상도 보유할 수도 있지만, 일반적으로는 백색 또는 회백색의 작은 결정으로 구성된다(본 명세서에서 때로는 "입자"라고 부름).The present invention provides a process for preparing polyhalide particles that is particularly suitable for use as particles of liquid light valve suspensions, wherein the process comprises "precursors" of specific particle sizes, as well as elements of iodine and hydrofluoric acid or ammonium, alkali metals or alkalis Reacting the earth metal halide. The precursor may be any compound that has previously been used to form organic polyhalide particles by reaction with an iodine element and hydrofluoric acid or ammonium, alkali metal or alkaline earth metal halides. For example, the precursor contains quinine alkaloids (US Pat. Nos. 2,178,996 and 2,289,712), hydrogenated alkaloids (US Pat. No. 4,131,334), hydrogen, ammonium or one or more groups that chelate with metal ions. Organic compounds (US Pat. Nos. 4,877,313, 5,002,701, 5,093,041, and 5,516,463), all of which are incorporated herein by reference. The precursor may retain any color, but generally consists of small crystals of white or off-white (sometimes referred to herein as "particles").

본 발명자들은 놀랍게도 상기 전구체의 평균 크기 및/또는 중앙 크기(median size)가 1 마이크론 미만, 바람직하게는 0.75 마이크론 미만이면, 이로부터 제조된 폴리할라이드 입자의 품질이 상당히 개선된다는 것을 발견하였다. 소정의 입자 크기를 제공하기 위한 전구체 입자의 분쇄(크기 감소)는 그 크기를 감소시키는 임의의 수단으로 달성할 수 있다. 단, 이러한 공정은 분쇄된 입자가 클러스터를 형성하거나 덩어리를 만들게 해서는 안되는데, 이는 분쇄의 이점을 상쇄하고 실질적으로 입자의 유효 크기를 증가시킨다. 예를 들어, 상기 전구체 입자는 막자사발과 막자를 사용하거나, 또는 액체를 사용한 습식 또는 건식으로 볼 밀 또는 임의의 기타 편리한 수단을 사용하거나, 또는 분쇄를 보조하기 위해 제공된 또 다른 고체 불활성 물질을 사용하여 분쇄하거나 가루로 만들 수 있다. 대안적으로, 상기 전구체 입자는, 예를 들어 초음속 공기류(들)를 불어넣음으로써 기체류를 신속하게 이동시켜, 서로 충돌하게 할 수 있다.The inventors have surprisingly found that if the average and / or median size of the precursor is less than 1 micron, preferably less than 0.75 micron, the quality of the polyhalide particles produced therefrom is significantly improved. Crushing (reducing the size) of the precursor particles to provide the desired particle size can be accomplished by any means of reducing the size. However, this process should not cause the pulverized particles to form clusters or clumps, which counteracts the benefits of crushing and substantially increases the effective size of the particles. For example, the precursor particles may use a mortar and pestle, wet or dry with a liquid, using a ball mill or any other convenient means, or another solid inert material provided to assist in grinding. Can be ground or powdered. Alternatively, the precursor particles can move the gas stream rapidly, for example by blowing supersonic air flow (s), and cause them to collide with each other.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 전구체 입자 또는 결정이 분쇄되거나 그 크기가 감소되었다고 한다면, 이것이 의미하는 것은 그 평균 크기 및/또는 중앙 크기가 감소되었다는 것이다. 본 명세서에서 사용된 입자의 "크기"는 입자의 최대 치수를 의미하고 언급하는 것이다.As used herein, if the precursor particles or crystals were crushed or their size reduced, this means that their average size and / or median size were reduced. As used herein, "size" of a particle means and refers to the largest dimension of the particle.

본 발명은 하기 실시예에 개시된 바람직한 실시 형태에 의하여 예시된다.The invention is illustrated by the preferred embodiments disclosed in the following examples.

폴리할라이드 입자(결정)의 전형적인 최신식의 종래 유형은 피라진-2,5-디카르복실산 2수화물 칼슘 요오드 폴리요오드화물이다. 이러한 결정과 광 밸브에 사용하기 위한 이의 액체 현탁액을 제조하는 절차는 실시예 1에 개시되어 있다.A typical state-of-the-art conventional type of polyhalide particles (crystals) is pyrazine-2,5-dicarboxylic acid dihydrate calcium iodide polyiodide. Such crystals and procedures for preparing their liquid suspensions for use in light valves are disclosed in Example 1.

실시예 1(종래 기술)Example 1 (Prior Art)

폴리요오드화물 결정 및 이의 액체 광 밸브 현탁액을 제조하기 위한 배합Formulation to Prepare Polyiodide Crystals and Liquid Light Valve Suspensions thereof

적절한 크기의 병에, 제시된 순서로 다음 반응물을 첨가한다.To the appropriately sized bottle, add the following reactants in the order presented.

160 g 헥실아세테이트에 용해된 1/4초 ss-형 니트로셀룰로스(건조)1/4 second ss-type nitrocellulose (dry) dissolved in 160 g hexyl acetate

6.98% 용액6.98% solution

3 g 피라진-2,5-디카르복실산 2수화물("전구체")3 g pyrazine-2,5-dicarboxylic acid dihydrate ("precursor")

4.5 g 요오드4.5 g iodine

2.64 g 무수 요오드화칼슘2.64 g anhydrous calcium iodide

1.8 g 무수 메탄올1.8 g anhydrous methanol

0.33 g 물0.33 g water

병에 마개를 하고 약 1/2 시간 동안 진탕시킨다. 용액이 완전히 청색으로 변할 때까지 약 10 시간 동안 초음파 처리기에 병을 둔다. 전구체, CaI2및 I2가 완전히 반응되는지, 즉 실질적인 양의 미반응된 전구체가 없는지를 측정하기 위해서 현미경으로 용액을 검사한다. 초기 붕괴 시간(decay time)이 약 8∼15 밀리초인 경우 최대 수율이 얻어진다. 붕괴 시간이 8 밀리초 미만인 경우, 메탄올을 첨가한 후에 첨가되는 물을 약 0.05 g으로 배합하여 재실행한다.Stop the bottle and shake for about 1/2 hour. The bottle is left in the sonicator for about 10 hours until the solution turns completely blue. The solution is examined under a microscope to determine whether the precursors, CaI 2 and I 2 are fully reacted, ie there is no substantial amount of unreacted precursor. The maximum yield is obtained when the initial decay time is about 8-15 milliseconds. If the disintegration time is less than 8 milliseconds, the addition of methanol and the addition of water to about 0.05 g are repeated.

상기 붕괴 시간은 다음 절차로 측정한다. 광 밸브 현탁매에서 형성된 입자의 현탁액을, 5 mils 간격으로 이격된 적절한 전극을 보유하는 유리판을 포함하는 광 밸브 셀에 충전한다. 텅스텐 램프로부터 생기는 조명과 같은 연속 조명을 광 밸브 현탁액에 비춘다. 광 밸브내 입자의 현탁액은 기준 측정치에 대해 전극에 10 kHz에서 약 55 볼트를 가하여 전류를 통하게 한다. 광 밸브의 개방 상태에 도달하는데 약 2∼3 밀리초가 필요하며, 그 후 약 20 밀리초 후에 전기장은 불연속된다. 광 밸브의 완전히 폐쇄된 (off) 상태에 대한 붕괴는 그 이후에 측정한다. (미국 특허 제5,516,463호의 컬럼 2, 라인 37∼48 참조).The disintegration time is measured by the following procedure. The suspension of particles formed in the light valve suspension is filled into a light valve cell comprising a glass plate having suitable electrodes spaced 5 mils apart. Continuous illumination, such as illumination from a tungsten lamp, is shined onto the light valve suspension. The suspension of particles in the light valve is energized by applying about 55 volts at 10 kHz to the electrode relative to the reference measurement. It takes about 2-3 milliseconds to reach the open state of the light valve, after which the electric field is discontinuous after about 20 milliseconds. The collapse to the fully closed (off) state of the light valve is then measured. (See column 2, lines 37-48 of US Pat. No. 5,516,463).

1 시간 동안 11,500 RPM에서 용액을 원심분리하고, 상청액을 따라 버린다. 종이 타월 위에서 관의 윗면을 아래로 하여 15분 동안 배수시킨다. 관에서 생긴 침전물을 타르를 칠한 유리병에 두고, 침전물 중량을 기록한다. 침전물 1 g 당 헥실 아세테이트 15 g을 첨가한다. 1/2 시간 동안 진탕한 뒤 10시간 동안 초음파 처리하여 침전물을 분산시킨다.Centrifuge the solution at 11,500 RPM for 1 hour and drain the supernatant. Drain for 15 minutes with the top of the tube down on a paper towel. The precipitate from the tube is placed in a tared glass jar and the precipitate weight is recorded. 15 g of hexyl acetate are added per 1 g of precipitate. Shake for 1/2 hour and then sonicate for 10 hours to disperse the precipitate.

5∼15 분 동안 2500 RPM에서 분산액을 원심분리하고, 상청액을 경사 분리하여 모은다. 붕괴 시간은 8∼12 밀리초이어야 하며, 더 높은 경우, 상청액을 다시 원심분리한다.Centrifuge the dispersion at 2500 RPM for 5-15 minutes, and collect the supernatant by decanting. The decay time should be 8-12 milliseconds, if higher, the supernatant is centrifuged again.

1/2 시간 동안 9,500 RPM에서 상청액을 원심분리한 다음 그 상청액을 버린다. 종이 타월 위에서 관의 윗면을 아래로 하여 15분 동안 배수시킨다. 침전물을 타르를 칠한 유리병에 모으고, 침전물 1 g 당 무수 이소펜틸 아세테이트 10 g을 첨가한다. 1/2 시간 동안 진탕한 뒤 10시간 동안 초음파 처리하여 침전물을 분산시킨다. 이를 이하에서는 "초기 농축물"로 언급한다.Centrifuge the supernatant at 9,500 RPM for 1/2 hour and then discard the supernatant. Drain for 15 minutes with the top of the tube down on a paper towel. The precipitate is collected in a tared glass jar and 10 g of anhydrous isopentyl acetate is added per gram of precipitate. Shake for 1/2 hour and then sonicate for 10 hours to disperse the precipitate. This is referred to hereinafter as "initial concentrate."

미국 특허 제5,463,491호의 컬럼 4, 라인 48∼66에 개시된 바와 같이 가소제 액체인 트리-n-펜틸-트리멜리테이트(TNPTM)를 9 g의 초기 농축물에 첨가하고, 이 조합물을 60℃에서 2 시간 동안 로토뱁(Rotovap) 장치에 두어 이소펜틸 아세테이트를 증발시킨다. 첨가하고자 하는 TNPTM의 양은, 목적하는 생성 최종 농축물(즉, 건조된 초기 농축물)이 되도록 입자로 농축시키는 방법에 따라 실험적으로 결정할 수 있다. 최종 농축물은 농축물 중합체가 가용성인 기타 소정의 용매(들)로 희석할 수 있다. 기타 가소제 액체를 사용할 수 있다.Plasticizer liquid tri-n-pentyl-trimelitate (TNPTM), as disclosed in US Pat. No. 5,463,491, lines 48-66, was added to 9 g of the initial concentrate and the combination was added at 60 ° C. Place in a Rotovap apparatus for hours to evaporate isopentyl acetate. The amount of TNPTM to be added can be determined experimentally according to the method of concentration into particles to be the desired resulting final concentrate (ie, dried initial concentrate). The final concentrate may be diluted with other desired solvent (s) in which the concentrate polymer is soluble. Other plasticizer liquids can be used.

SPD 광 밸브 필름에서 사용하기 위한 농축물을 제조하기 위해서, 미국 특허 제5,463,492호에 개시된 하나의 실시 형태의 교시 내용에 따라서, 이소펜틸 아세테이트를 증발시키기 전에 상기 초기 농축물에 TNPTM을 첨가하는 대신에, n-부틸 아크릴레이트/헵타플루오로부틸 아크릴레이트/히드록시에틸 아크릴레이트의 공중합체와 같은 액체 중합체를 첨가할 수 있다.To prepare a concentrate for use in an SPD light valve film, according to the teachings of one embodiment disclosed in US Pat. No. 5,463,492, instead of adding TNPTM to the initial concentrate before evaporating isopentyl acetate liquid polymers such as copolymers of n-butyl acrylate / heptafluorobutyl acrylate / hydroxyethyl acrylate can be added.

일부 반응물의 양을 바꾸하거나, 원심 분리 시간 또는 절차를 변경하거나, 또는 초음파 처리를 다양하게 하는 것과 같이, 폴리요오드화물 결정을 제조하기 위한 전술한 절차를 다양하게 변형시킬 수 있다.Various modifications can be made to the aforementioned procedures for preparing polyiodide crystals, such as varying the amount of some reactants, changing centrifugation times or procedures, or varying sonication.

실시예 2는 실시예 1에서 사용된 전구체 재료, 즉 피라진-2,5-디카르복실산 2수화물을 제조하는 종래의 방법을 설명한다.Example 2 describes a conventional method of preparing the precursor material used in Example 1, namely pyrazine-2,5-dicarboxylic acid dihydrate.

실시예 2(종래 기술)Example 2 (Prior Art)

피라진-2,5-디카르복실산 2수화물을 제조하는 절차Procedure for preparing pyrazine-2,5-dicarboxylic acid dihydrate

기계적 교반기 및 환류 응축기가 장착된 1 ℓ둥근 바닥 플라스크에 2,5-디메틸피라진(25 g), 피리딘(500 ㎖), 이산화셀렌(125 g) 및 물(50 ㎖)를 투입하였다. 혼합물을 11∼12 시간 동안 환류시켰다. 셀렌이 점차로 침전되면서 끓는 용액은 약 20분 후에 적오렌지색이 된다고 생각된다.2,5-dimethylpyrazine (25 g), pyridine (500 mL), selenium dioxide (125 g) and water (50 mL) were charged to a 1 liter round bottom flask equipped with a mechanical stirrer and reflux condenser. The mixture was refluxed for 11-12 hours. As selenium gradually precipitates, the boiling solution is thought to turn red orange after about 20 minutes.

상기 현탁액을 실온으로 냉각하고, 피라진 2,5-디카르복실산 및 셀렌의 혼합물인 침전물을 여과시킨다. 플라스크 및 교반기는 여과된 반응 용매로 세정한다. 반응 용매는 플라스크에 재송하여 재사용한다. 상기 침전물은 모든 피라진 2,5-디카르복실산이 용해될 때까지 2N NH4OH로 세척한다. 피라진 2,5-디카르복실산이 용해된 2N NH4OH는 슬러리형 다르코(Darco) 활성화된 탄소(12∼20 메쉬, 250 g)의 크로마토그래피 컬럼을 통해서 30 ㎖/분의 속도로 전개한다.The suspension is cooled to room temperature and the precipitate, which is a mixture of pyrazine 2,5-dicarboxylic acid and selenium, is filtered off. The flask and stirrer are washed with filtered reaction solvent. The reaction solvent is returned to the flask for reuse. The precipitate is washed with 2N NH 4 OH until all pyrazine 2,5-dicarboxylic acid is dissolved. 2N NH 4 OH in which pyrazine 2,5-dicarboxylic acid is dissolved is developed at a rate of 30 ml / min through a chromatography column of slurry-type Darco activated carbon (12-20 mesh, 250 g). .

진한 염산(100 ㎖)을 무색 용출물 400 ㎖ 부분에 첨가하여 피라진 2,5-디카르복실산의 백색 침전물을 얻었다. 이를 여과하고, 2N 염산 20 ㎖, 얼음물 20 ㎖ 및 아세톤 20 ㎖로 차례로 세척하였다. 아세톤의 냄새가 사라질 때까지 침전물을 공기 건조한 후에, 전구체인 피라진 2,5-디카르복실산 2수화물을 사용할 수 있다.Concentrated hydrochloric acid (100 ml) was added to 400 ml portion of the colorless eluent to give a white precipitate of pyrazine 2,5-dicarboxylic acid. It was filtered and washed sequentially with 20 ml of 2N hydrochloric acid, 20 ml of ice water and 20 ml of acetone. After the precipitate is air dried until the odor of acetone disappears, the precursor pyrazine 2,5-dicarboxylic acid dihydrate can be used.

본 발명에 따르면 본 명세서에 언급된 폴리할라이드 입자의 품질을 개선시킬 수 있다는 것을 입증하고, 개선 정도를 결정하기 위해서, 일부 용어를 정의할 필요가 있다. 비활성화된 조건에서 광 밸브 윈도우 시험 셀의 광학 밀도는 오프 상태 광학 밀도 또는 "ODoff"이다. 전압을 시험 셀의 전도성 투명 피막(전극)에 가하면, 액체 현탁액 또는 필름내 입자가 셀 발생지점에 포함되어, 빛의 투과를 증가시키고 광학 밀도를 감소시킨다. 이렇게 감소된 광학 밀도는 셀이 활성화되거나 또는 켜지면 "ODon"으로 언급한다. 본 명세서에 개시된 시험을 위해서, 전극 사이에 5 mils의 내부 틈을 보유한 시험 셀을 사용하여 10 KHz의 주파수에서 55 볼트 RMS의 전압을 가한다. 따라서, 시험 셀에 인가된 전기장 세기는 1 mil 당 11 볼트 RMS이다. ODoff를 ODon으로 나눈 값은 본 명세서에서 광학 밀도비 또는 ODR로 부른다. 상기 실시예 1에는, 시험 셀내 액체 현탁액의 붕괴 시간 td를 측정하는 절차가 개시되어 있다. 일반적으로, ODR은 크고 td는 작은 광 밸브 액체 현탁액이 바람직하다. 따라서, 현탁액의 전체적인 품질을 측정하기 위해서, ODR을 초로 측정된 td로 나눈 값을 효율 E로 정의한다. 따라서, 광학 밀도가 2.0이고 붕괴 시간이 18 밀리초(0.018초)인 액체 현탁액의 경우, 효율은 다음과 같이 계산한다.In order to demonstrate that the quality of the polyhalide particles referred to herein can be improved, and to determine the degree of improvement, some terminology needs to be defined. The optical density of the light valve window test cell in the deactivated condition is the off state optical density or "OD off ". When a voltage is applied to the conductive transparent coating (electrode) of the test cell, particles in the liquid suspension or film are included at the cell origin, increasing the transmission of light and reducing the optical density. This reduced optical density is referred to as "OD on " when the cell is activated or turned on . For the tests disclosed herein, a test cell with an internal gap of 5 mils between electrodes is applied at a voltage of 55 volts RMS at a frequency of 10 KHz. Thus, the field strength applied to the test cell is 11 volts RMS per mil. OD off divided by OD on is referred to herein as optical density ratio or ODR. In Example 1 above, the procedure for determining the disintegration time t d of the liquid suspension in the test cell is disclosed. In general, ODR is large and t d is preferably a small light valve liquid suspension. Therefore, in order to measure the overall quality of the suspension, the ODR divided by t d measured in seconds is defined as the efficiency E. Thus, for a liquid suspension with an optical density of 2.0 and a decay time of 18 milliseconds (0.018 seconds), the efficiency is calculated as follows.

E= 2.0/0.018=111E = 2.0 / 0.018 = 111

E가 클 수록 더 우수하다.The larger E, the better.

실시예 3AExample 3A

에렌머이어(Erlenmeyer) 플라스크에서, 용해된 1/4 ss형 니트로셀룰로스 6.98%를 포함하는 헥실 아세테이트 용액(물 0.11 g 포함) 132.5 g에, 제시된 양의 다음 재료를 용해시켰다.In an Erlenmeyer flask, 132.5 g of a hexyl acetate solution (containing 0.11 g of water) containing 6.98% of dissolved 1/4 ss type nitrocellulose was dissolved in the indicated amount of the following material.

요오드 4.5 g4.5 g of iodine

무수 요오드화칼슘 2.64 g2.64 g of anhydrous calcium iodide

메탄올 1.8 g1.8 g of methanol

물 0.53 g0.53 g of water

그 다음 상기 실시예 2에 개시된 종래 방법으로 만든 피라진 2,5-디카르복실산 2수화물(전구체) 3 g을 전술한 용액에 첨가하고, 미국 매릴랜드주 록빌에 소재하는 엘머코 엔지니어링이 제조한 워터배스 쉐이커 모델-WB-20내에서 3 시간 동안 45℃에서 그 플라스크를 두었다. 그 다음 현탁액을 2 시간 동안 초음파처리하여 교반하였다. 전구체의 입자 크기는 하기 표 1에 제시되어 있다.Then, 3 g of pyrazine 2,5-dicarboxylic acid dihydrate (precursor) made by the conventional method disclosed in Example 2 was added to the above-described solution, and water prepared by Elmerco Engineering, Rockville, Maryland, USA The flask was placed at 45 ° C. for 3 hours in Bath Shaker Model-WB-20. The suspension was then sonicated for 2 hours and stirred. Particle sizes of the precursors are shown in Table 1 below.

실시예 3BExample 3B

전구체 입자가 서로 심하게 충돌하도록 초음파 기체류를 이용하는 "납작한 분쇄기(pancake mill)"로서 본 명세서에서 언급한 기계에서 공급자(미국 미네소타주 우드버리에 소재하는 아베카 인코포레이티드)가 전구체를 미리 분쇄하였다는 것을 제외하고는 실시예 3A을 반복하였다. 상기 전구체 입자의 크기는 하기 표 1에 제시되어 있다.The precursor (Aveca Inc., Woodbury, Minn.) Was pre-crushed in the machine referred to herein as a "pancake mill" using ultrasonic gas streams to cause the precursor particles to impinge heavily on each other. Example 3A was repeated except that The size of the precursor particles is shown in Table 1 below.

실시예 3A 및 실시예 3B의 현탁액을 에렌머이어 플라스크로부터 분리하고, 실시예 1의 절차에 따라서 원심분리하여 초기 농축물을 얻었다.The suspensions of Examples 3A and 3B were separated from the Erenmeyer flasks and centrifuged according to the procedure of Example 1 to obtain an initial concentrate.

표 1에는 실시예 3A 및 실시예 3B에 개시된 각 현탁액에 대한 ORD, 붕괴 시간, 효율, 및 사용된 전구체 입자의 평균 크기 및 중앙 크기의 데이타가 요약되어 있다.Table 1 summarizes the data of ORD, disintegration time, efficiency, and mean and median size of precursor particles used for each suspension disclosed in Examples 3A and 3B.

2종의 폴리요오드화물 현탁액, 즉 종래 방법으로 만든 전구체를 사용하여 제조한 제1 폴리요오드화물 현탁액과 분쇄된 전구체로 만든 제2 폴리요오드화물 현탁액의 비교Comparison of two poly iodide suspensions, namely a first poly iodide suspension made using a precursor made by a conventional method and a second poly iodide suspension made from a ground precursor 사용된 전구체 입자의 크기Size of precursor particles used 광학 밀도비* Optical density ratio * 붕괴 시간* Decay time * 효율* Efficiency * 평균 크기Average size 중앙 크기Middle size 실시예 3AExample 3A 6.33 마이크론6.33 micron 1.12 마이크론1.12 micron 3.133.13 23 ms23 ms 136136 실시예 3BExample 3B 0.74 마이크론0.74 micron 0.68 마이크론0.68 micron 3.003.00 10.5 ms10.5 ms 285285 * 초기 농축물에 대한 것이나(실시예 1에 개시된 바와 같음), 초기 반응 후에 단 2시간의 초음파 처리를 수행하고, 제1 및 제3 원심분리의 각 단계 후에 추가의 진탕 및 2시간의 초음파 처리를 수행함* For the initial concentrate (as described in Example 1), but only 2 hours of sonication after the initial reaction, with further shaking and 2 hours of sonication after each step of the first and third centrifugation Performed

피라진 2,5-디카르복실산 2수화물외에, 종래 기술과 이하 본 발명에 사용된 임의의 고체 전구체는 폴리할라이드 입자를 제조하는데 사용할 수 있으며, 본 발명에 개시된 바와 같이 유리하게 분쇄될 수 있다.In addition to the pyrazine 2,5-dicarboxylic acid dihydrate, any solid precursor used in the prior art and hereinbelow may be used to prepare polyhalide particles and may be advantageously milled as disclosed herein.

분쇄하면 폴리할라이드 입자의 효율이 개선되는 이유에 관하여 어떤 특정 이론에 구애받고자 하는 것은 아니지만, 본 발명자들은 대략 동일한 시간에 더 작은 입자를 형성하여 성장시킴으로써 효율을 개선시키며, 따라서 종래 현탁액보다 입자 크기 분포 측면에서 덜 다중분산되는(polydisperse) 현탁액을 산출할 수 있다고 생각한다.While not wishing to be bound by any particular theory as to why the pulverization improves the efficiency of the polyhalide particles, the present inventors improve the efficiency by forming and growing smaller particles at about the same time, and thus particle size distribution over conventional suspensions. It is believed that a less polydisperse suspension can be produced in terms of aspects.

Claims (12)

폴리할라이드 입자를 형성하는데 적합하고 평균 크기 및/또는 중앙 크기가 1 마이크론 미만인 전구체와, 요오드 원소 및 할로겐화수소산 또는 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리토금속 할라이드를 반응시키는 단계를 포함하는 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.Reacting a precursor suitable for forming polyhalide particles and having a mean size and / or median size of less than 1 micron with an element of iodine and hydrofluoric acid or ammonium, an alkali metal or an alkaline earth metal halide. Way. 제1항에 있어서, 상기 전구체의 평균 크기 및/또는 중앙 크기가 0.75 마이크론 미만인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the average and / or median size of the precursor is less than 0.75 microns. 제1항에 있어서, 감소된 크기의 전구체 입자가 클러스터를 형성하거나 덩어리가 되지 않도록 하면서 상기 전구체 입자 크기를 감소시키는 수단으로 반응 전에 전구체에 대해 목적하는 입자 크기를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method of claim 1, further comprising providing a desired particle size for the precursor prior to reaction by means of reducing the precursor particle size while preventing reduced sized precursor particles from forming clusters or clumping. A method for producing particles of the polarizing material characterized by the above. 제1항에 있어서, 상기 전구체는 유기 화합물의 폴리할라이드인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the precursor is a polyhalide of an organic compound. 제4항에 있어서, 상기 유기 화합물의 폴리할라이드가 알칼로이드산염인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the polyhalide of the organic compound is an alkaloid acid salt. 제1항에 있어서, 상기 전구체가 질소를 함유하는 유기 화합물인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method for producing particles of polarizing material according to claim 1, wherein the precursor is an organic compound containing nitrogen. 제1항에 있어서, 상기 전구체가 퀴닌 알칼로이드염인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method for producing particles of the polarizing material according to claim 1, wherein the precursor is a quinine alkaloid salt. 제1항에 있어서, 상기 전구체가 수소, 암모늄 또는 금속 이온을 킬레이트화하는 1 이상의 기를 함유하는 유기 화합물인 것이 특징인 편광 재료의 입자를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the precursor is an organic compound containing at least one group that chelates hydrogen, ammonium or metal ions. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 제조된 입자.Particles produced by the method according to any one of claims 1 to 8. 액체 현탁매 중 편광 입자의 현탁액을 함유하는 셀을 포함하는 광 밸브에 있어서, 상기 입자가 제1항에 따른 입자인 것을 특징으로 하는 광 밸브.A light valve comprising a cell containing a suspension of polarized particles in a liquid suspension, wherein the particles are the particles according to claim 1. 담체에 분산된 제9항에 기재된 입자를 다수개 포함하며, 이 때, 그 입자의 편광 축이 배향되고, 실질적으로 평행하게 담체에 의해 고정 보유되는 것인 편광체.A polarizer comprising a plurality of particles according to claim 9 dispersed in a carrier, wherein the polarization axis of the particles is oriented and fixedly held by the carrier substantially parallel. 전기 저항성이 있는 액체 현탁매, 그 내부에 분산된 제9항에 기재된 입자로서 비등축성 형상의 소립자 다수개, 및 현탁액에 상기 입자를 분산시키기 위해 그 내부에 용해된 안정화 중합체 재료 1종 이상을 포함하는 액체 현탁액.An electrically resistant liquid suspending medium, the particles according to claim 9 dispersed therein, comprising a plurality of small particles having an isotropic shape, and at least one stabilizing polymer material dissolved therein for dispersing the particles in a suspension. Liquid suspension.
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