NL9101008A - Polarizerende film uit semi-kristallijn polyolefine. - Google Patents

Description

POLARIZERENDE FILM UIT SEMI-KRISTALLIJN POLYOLEFINE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een polarizerende film door het verstrekken van een dichroïtische kleurstof bevattende polymeerfilm bij een temperatuur boven de glasovergangs-temperatuur van het polymeer.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit US-A-4 842 781, waarin een werkwijze wordt geopenbaard voor het vervaardigen van een polarizerende film door het smeltextruderen van een hydrofoob polymeer gemengd met één of meer water-onoplosbare kleurstoffen, gekozen uit speciale groepen, tot een film en het verstrekken daarvan bij een temperatuur boven de glasovergangstemperatuur. De voorkeur gaat daarbij uit naar films met een lage kristalliniteit en naar een verstrektemperatuur die dicht bij de glasovergangstemperatuur ligt.

Een nadeel van deze werkwijze is dat deze niet met bevredigend resultaat kan worden toegepast op semi-kristallijne polyolefinen, bijvoorbeeld polyetheen en polypropeen. Van semi-kristallijne polyolefinen zijn evenwel uniaxiaal verstrekte films te vervaardigen met een hoge orientatiegraad, hetgeen van voordeel is voor het oriënteren van de kleurstoffen in polarizerende films. Ook bezitten films uit semi-kristallijne materialen zeer goede mechanische eigenschappen en zijn ze te vervaardigen in een ruime varatie in dikte, zodat polarizerende films uit semi-kristallijne polyolefinen ruim toepasbaar zijn.

De uitvinding stelt zich ten doel een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van polarizerende films uit semi-kristalline polymeren, met een hoge dichroïtische verhouding en de daarmee samenhangende sterk polarizerende eigenschappen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de polymeerfilm in hoofdzaak bestaat uit een semi-kristallijn polyolefine en wordt verstrekt bij een temperatuur gelegen onder het kristallijne smeltpunt van het polyolefine en dat de kleurstof, die de film bevat bij de genoemde verstrektemperatuur in vloeibare vorm aanwezig is.

De film verkregen met de werkwijze volgens de uitvinding heeft een dichroïtische verhouding van 15 of meer en een sterk polariserende werking. Een verder voordeel van deze film zijn de goede mechanische eigenschappen en de hoge mate van vochtbestendigheid.

Polarizerende films vinden bijvoorbeeld hun toepassing in combinatie met liquid crystal displays (LCD) als monochromatische afleeseenheden in rekenmachines en andere electronische instrumenten en als ontspiegelende lagen in fotolijsten, in zonnebrillen en op ruiten.

Kleurstof bevattende polymeerfilms kunnen worden vervaardigd volgens vele op zichzelf bekende werkwijzen. Voorbeelden hiervan zijn het mengen in gesmolten toestand van polymeer en kleurstof en het vervaardigen van een film hieruit; het oplossen van het polymeer in een oplosmiddel en het oplossen of suspenderen van de kleurstof in deze oplossing, waarna de oplossing door extruderen of uitgieten wordt omgezet in een film; het impregneren van een uit een polymeersmelt- of oplossing vervaardigde film met de kleurstof.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt als polymeer een semi-kristallijn polyolefine toegepast. In een semi-kristallijn polyolefine is naast een amorfe fase ten minste een deel van het polyolefine in kristalvorm aanwezig. Bij verstrekken neemt de kristalliniteit in het algemeen toe en in de verstrekte polarizerende film bedraagt de kristalliniteit bij voorkeur ten minste 40%. In verband met hun hoge mate van oriënteerbaarheid worden bij voorkeur lineair polyetheen of isotactisch polypropeen toegepast. Onder polyolefinen dienen in het kader van de uitvinding ook te worden verstaan copolymeren van twee of meer verschillende polyolefinen en mengsels van polyolefinen.

Het molecuulgewicht van de polyolefinen, tot uiting komend in de intrinsieke viscositeit (IV) van het polymeer, kan binnen ruime grenzen variëren. Bij toepassing van polyolefinen met een hoge IV is verwerking tot een film van het polyolefine in de vorm van een oplossing de meest gerede werkwijze. Uit oplossing vervaardigde films kunnen als regel hoog-verstrekt worden en verkrijgen aldus een hoge sterkte en modulus. Polymeren met lagere intrinsieke viscositeiten zijn als regel goed als smelt verwerkbaar maar verkrijgen door verstrekking een minder hoge sterkte. De neiging tot splijten is evenwel bij films van polyolefine met een lagere IV geringer. Afhankelijk van de beoogde toepassing moet de vakman in staat worden geacht de juiste keuze van het polyolefine en de daarvoor meest geschikte verwerkingstechniek voor het vervaardigen van een film te kiezen.

Dichroïtische kleurstoffen zijn kleurstoffen, die anisotrope optische eigenschappen bezitten. In het bijzonder geldt dit voor de absorptie van licht in de richting van de molecuulas en de richtingen loodrecht daarop. Indien men in staat is de moleculen van een stof met een dergelijke eigenschap in een polymeerfilm in een vaste richting te oriënteren, is het mogelijk een gekleurde polariserende film te vervaardigen. De gewenste oriëntatie van de kleurstofmoleculen wordt in de film volgens de stand van de techniek bereikt door het verstrekken van een kleurstofbevattende polymeerfilm nabij de glasovergangs-temperatuur. Bij de werkwijze volgens de uitvinding vindt dit verstrekken plaats bij een temperatuur onder het kristalline smeltpunt van het polyolefine en bij voorkeur bij een temperatuur van ten hoogste 70 °C onder dit smeltpunt, hetgeen bij semi-kristallijne polyolefinen zeer ver boven de glasovergangstemperatuur is. Zo is de glasovergangstemperatuur van polyetheen -110 °C, terwijl het verstrekken van polyetheen pas redelijk uitvoerbaar is bij temperaturen boven 60 °C.

De hoeveelheid kleurstof in de polarizerende film beïnvloedt naast de polarizatie ook de andere optische eigenschappen, in het bijzonder de extinctie van de film. De vakman zal in een concreet geval in staat zijn de geschikte hoeveelheid kleurstof te kiezen voor de beoogde toepassing.

De kleurstof dient bij het verstrekken in vloeibare vorm te zijn. Onder een kleurstof in vloeibare vorm wordt in het kader van de uitvinding verstaan een kleurstof in gesmolten toestand of een oplossing van een kleurstof. Geschikte kleurstoffen voor toepassing in de werkwijze volgens de uitvinding zijn daarom kleurstoffen, waarvan het smeltpunt onder de verstrektemperatuur is gelegen of kleurstoffen, die bij een temperatuur onder de verstrektemperatuur in een geschikt oplosmiddel in oplossing te brengen zijn. Met de tweede uitvoeringsvorm is het ook mogelijk kleurstoffen toe te passen, waarvan het smeltpunt boven de verstrektemperatuur en zelfs boven het smeltpunt van het gebruikte polyolefine is gelegen en die dus niet in gesmolten vorm kunnen worden toegepast .

Het oplosmiddel voor de kleurstof kan op een geschikt moment bij het vervaardigen van de te verstrekken polymeerfilm daaraan worden toegevoegd maar het dient in elk geval voor het verstrekken te zijn toegevoegd. Indien bijvoorbeeld de film wordt gevormd uit een mengsel van gesmolten polyolefine en kleurstof kan het oplosmiddel worden toegevoegd aan dit mengsel en indien de kleurstofbevattende film uit een oplossing wordt gevormd kan een oplossing van de kleurstof aan de gebruikte polymeeroplossing worden toegevoegd. Het oplosmiddel voor de kleurstof kan ook oplosmiddel zijn voor het polyolefine.

Indien bij het verstrekken de kleurstof niet in vloeibare vorm is, blijkt geen film met de gewenste hoge dichroïtische verhouding te kunnen worden verkregen evenmin als bij verstrekken boven het kristallijne smeltpunt van het polymeer, zelfs indien de kleurstof wel in vloiebare vorm is. Het kristallijne smeltpunt van het semi-kristallijne polyolefine wordt bepaald met behulp van Differential Scanning Calorimetry volgens ASTM-norm D3418/82 met een opwarmsnelheid van 5 °C per minuut.

Bij het vervaardigen van de film volgens de uitvinding kan meer dan één kleurstof in de film aanwezig zijn. Op deze wijze kunnen polarizerende films worden verkregen, die de gewenste optische eigenschappen bezitten in verschillende golflengtegebieden, waarbij elk golflengtegebied wordt verzorgd door een van de aanwezige kleurstoffen.

Voorbeelden van geschikte kleurstoffen zijn bijvoorbeeld antrachinon- of diazokleurstoffen, voorzover deze smelten of in oplossing te brengen zijn onder het smeltpunt van een of meer polyolefinen.

Een maat voor de polarizerende optische eigenschappen van de film is de waarde van de dichroïtische verhouding R. Uit R kan de ordeparameter S worden bepaald, waarvan de grootte een maat is voor de oriëntatiegraad van de kleurstofmoleculen. De dichroïtische verhouding R is gedefiniëerd als: R = A /A , par' perp waarin Apar en Aperp de absorptiemaxima zijn, gemeten in de verstrekrichting en loodrecht daarop. De absorptiespectra worden gemeten met een Perkin Elmer Lamda 9 UV-spectrometer aan monsters van de verstrekte film, voorzien van een laagje paraffineolie ter vermijding van oppervlakteverstrooiings-effecten en geplaatst tussen glasplaatjes. Er wordt achtergrondcorrectie toegepast.

Uit R wordt de ordeparameter S berekend als: S = (R-l)/(R+2).

De waarden van R voor de films vervaardigd met de werkwijze volgens de uitvinding bedragen ten minste 15, hetgeen ruim voldoende is voor toepassing als polarizerende film in de in het voorgaande genoemde toepassingsbebieden. De oriëntatiegraad, uitgedrukt in de ordeparameter S bedraagt zodoende ten minste 82%.

De uitvinding heeft tevens betrekking op polarizerende kleurstofbevattende semi-kristallijne polyolefinefilms met een dichroïtische verhouding van ten minste 15 en bij voorkeur van ten minste 20.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de navolgende voorbeeelden, zonder daartoe evenwel beperkt te zijn. De vermelde grootheden zijn bepaald met de bovenbeschreven en hieronder vermelde methoden.

De treksterkte en elasticiteitsmodulus worden bij kamertemperatuur bepaald met behulp van een Zwick 1435 trekbank aan monsters met een inspanlengte van 150 mm bij een treksnelheid van 15 mm/min.

Voorbeeld I en Vergelijkende Experimenten A en B.

Polyetheen met een intrinsieke viscositeit van 16 dl/g, overeenstemmend met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht van ongeveer 2 x 10^ g/mol (Hostalen Gur 412 van Hoechst/Ruhrchemie) wordt bij 130 °C in xyleen opgelost tot een concentratie van 15 g/1. Aan het xyleen was reeds 0,3 g/1 van een kleurstof toegevoegd. De oplossing wordt uitgegoten in een bak met vlakke bodem en afgekoeld tot kamertemperatuur. Het oplosmiddel wordt verdampt bij kamertemperatuur, waarna een gedroogde kleurstofbevattende film wordt verkregen. De film wordt verstrekt bij 120 °C, dus onder het smeltpunt van het polyetheen, dat ongeveer 137 °C bedraagt.

Als kleurstoffen worden toegepast:

Voorbeeld I: antrachinonkleurstof met smeltpunt 110 °C

Vergelijkend Experiment A: diazokleurstof met smeltpunt 160 °C en

Vergelijkend Experiment B: antrachinonkleurstof met smeltpunt 360 °C.

In Tabel 1 zijn de waarden van de dichroïtische verhouding R van de verschillende kleurstoffen bevattende films bij verschillende verstrekgraden gegeven.

Tabel 1

Verstrekgraad Dichroïtische Orde verhouding parameter (-) (-)

Voorbeeld I: 8 8 70 15 15 82 25 21 87 50 28 90

Verg. Exp. A 10 5 15 8 25 10 45 14

Verg. Exp. B 15 1 3 2 40 3

Alleen met de kleurstof, waarvan het smeltpunt onder de verstrektemperatuur is gelegen, Voorbeeld I, wordt een dichroïtische verhouding van 15 of hoger bereikt.

Van de 50 x verstrekte film van Voorbeeld I bedraagt de elasticiteitsmodulus 80 GPa en de treksterkte 2,4 GPa.

Voorbeeld II

Een smeltgekristalliseerde kleurstofbevattende film wordt vervaardigd door een film, vervaardigd volgens de werkwijze van Voorbeeld I gedurende 30 minuten bij 180 °C samen te persen. De maximale verstrekgraad bedraagt 4 x.

De dichroïtische verhouding bedraagt 20. De elasticiteitsmodulus bedraagt 3,6 GPa en de treksterkte 0,3 GPa.

Voorbeeld III

Op dezelfde wijze als in Voorbeeld II wordt een smeltgekristalliseerde film, die dezelfde kleurstof bevat als gebruikt in voorbeeld I, vervaardigd, met dien verstande dat als polyolefine polyetheen wordt toegepast met een intrinsieke viscositeit van 4 dl/g, overeenstemmend met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht van ongeveer 400.000 (Hostalen G.R. 7255P van Hoechst/Ruhrchemie). De dichroïtische verhouding van de verstrekte film bedraagt 19 resp. 22, 25 en 28 bij verstrekgraden van 5 resp. 10, 15 en 20 x. De 20x verstrekte film bezit een elasticiteitsmodulus van 30 GPa en een treksterkte van 0,8 GPa.

Vergelijkend Experiment C

Volgens de werkwijze van Voorbeeld I wordt een polyetheenfilm vervaardigd. De film wordt verstrekt bij 170 °C, dus boven het smeltpunt van het polyetheen. Bij een verstrekgraad van 1,2 bezwijkt de film.

Voorbeeld IV

Voorbeeld I wordt herhaald onder toepassing van de in Vergelijkend Experiment A gebruikte kleurstof, met dien verstande, dat aan de oplossing 20 gew.% paraffineolie berekend op het polymeer wordt toegevoegd. Na verdamping van de xyleen wordt de paraffineolie- en kleurstofbevattende film verstrekt bij 120 °C, dus onder het smeltpunt van het polyetheen en van de gebruikte kleurstof (160 °C). Bij deze temperatuur lost deze kleurstof evenwel op in paraffineolie .

De dichroïtische verhouding bij een verstrekgraad van 20 resp. 40 en 50 bedraagt 14 resp. 20 en 23.

Claims (6)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een polarizerende film door het verstrekken van een dichroïtische kleurstof bevattende polymeerfilm bij een temperatuur boven de glasovergangstemperatuur van het polymeer, met het kenmerk, dat de polymeerfilm in hoofdzaak bestaat uit een semi-kristallijn polyolefine en wordt verstrekt bij een temperatuur gelegen onder het kristallijne smeltpunt van het polyolefine en dat de kleurstof bij de genoemde verstrektemperatuur in vloeibare vorm aanwezig is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polyolefine wordt gekozen uit de groep bestaande uit lineair polyetheen en isotactisch polypropeen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de film wordt verstrekt bij een temperatuur die ten hoogste 70 °C onder het kristallijne smeltpunt van het polyolefine is gelegen.

4. Polarizerende kleurstofbevattende semi-kristallijne polyolefinefilm met een dichroïtische verhouding van ten minste 15.

5. Polarizerende film volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de dichroïtische verhouding ten minste 20 bedraagt.

6. Werkwijze en polarizerende film zoals in hoofdzaak beschreven en/of toegelicht aan de hand van de voorbeelden.