RU2415157C1 - Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers - Google Patents

Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers Download PDF

Info

Publication number
RU2415157C1
RU2415157C1 RU2009126407/04A RU2009126407A RU2415157C1 RU 2415157 C1 RU2415157 C1 RU 2415157C1 RU 2009126407/04 A RU2009126407/04 A RU 2009126407/04A RU 2009126407 A RU2009126407 A RU 2009126407A RU 2415157 C1 RU2415157 C1 RU 2415157C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copolymers
vinylcarbazole
vinylcaprolactam
ions
solid solutions
Prior art date
Application number
RU2009126407/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009126407A (en
Inventor
Елизавета Викторовна Ануфриева (RU)
Елизавета Викторовна Ануфриева
Татьяна Дмитриевна Ананьева (RU)
Татьяна Дмитриевна Ананьева
Татьяна Николаевна Некрасова (RU)
Татьяна Николаевна Некрасова
Руслан Юрьевич Смыслов (RU)
Руслан Юрьевич Смыслов
Александр Вадимович Якиманский (RU)
Александр Вадимович Якиманский
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН
Priority to RU2009126407/04A priority Critical patent/RU2415157C1/en
Publication of RU2009126407A publication Critical patent/RU2009126407A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2415157C1 publication Critical patent/RU2415157C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemistry and physics-chemistry of polymers, specifically to novel copolymers of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam. The invention also relates to solid solutions of polymethyl methacrylate which contain Tb3+ ions and said copolymers. Described are copolymers of N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing Tb3+ ions and copolymers of N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam.
EFFECT: obtaining metal-polymer solid solutions in polymethyl methacrylate based on copolymers of N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam of the disclosed composition, characterised by high luminescence intensity between 344 and 700 arbitrary units, and the obtained copolymer solid solutions can be of interest in the design of laser, luminescent, electroluminescent ad high-speed switching devices.
2 cl, 8 ex, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к химии и физикохимии полимеров, а именно к впервые полученным сополимерам N-винилкарбазола и N-винилкапролактама. Изобретение относится также к твердым растворам полиметилметакрилата, включающим ионы Tb3+ и вышеуказанные сополимеры.The invention relates to the chemistry and physical chemistry of polymers, namely to the first-obtained copolymers of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam. The invention also relates to solid solutions of polymethylmethacrylate, including Tb 3+ ions and the above copolymers.

Известно, что ионы редкоземельных элементов (РЗЭ) образуют с полимерами определенного химического строения металл-полимерные комплексы (МПК). Некоторые из них, например, МПК с ионами Tb3+ обладают люминесценцией в растворе и блоке, характеризующейся узкой полосой люминесцентного свечения и его высокой стабильностью (например, для МПК Tb3+ характерно зеленое свечение с максимумом при 543 нм).It is known that rare-earth element ions (REE) form metal-polymer complexes (MPC) with polymers of a certain chemical structure. Some of them, for example, MPCs with Tb 3+ ions, exhibit luminescence in a solution and a block, characterized by a narrow luminescence band and its high stability (for example, Tb 3+ MPC has a green glow with a maximum at 543 nm).

Такие МПК находят практическое применение при создании лазерных, люминесцентных, электролюминесцентных, высокоскоростных переключающих устройств. (1. Lanthanide Probes in Life, Chemical and Earth Sciences. Theory and Practice/ Ed. by Bunzli J.-C.G, Choppin G.R. Amsterdam: Elsevier, 1989; 2. Okamoto S., Vyprachticky D., Furuya H., Abe F., Okamoto Y. // Macromolecules. 1996. V. 29. №10. P. 3511; 3. Crescenzi V., Brittain H.G., Yoshino N., Okamoto Y. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. Td. 1985. V. 23. P. 437; 4. Klink S.I., Hebbink G.A. et al. Sensitized near-infrared luminescence from polydentate triphenylene-functionalized Nd3+, Yb3+ and Er3+ complexes // Journal of Appl. Phys. 1981. V. 86. P. 1181-1185.)Such IPCs find practical application in the development of laser, luminescent, electroluminescent, high-speed switching devices. (1. Lanthanide Probes in Life, Chemical and Earth Sciences. Theory and Practice / Ed. By Bunzli J.-CG, Choppin GR Amsterdam: Elsevier, 1989; 2. Okamoto S., Vyprachticky D., Furuya H., Abe F ., Okamoto Y. // Macromolecules. 1996. V. 29. No. 10. P. 3511; 3. Crescenzi V., Brittain HG, Yoshino N., Okamoto Y. // J. Polym. Sci., Polym. Phys . Td. 1985. V. 23. P. 437; 4. Klink SI, Hebbink GA et al. Sensitized near-infrared luminescence from polydentate triphenylene-functionalized Nd 3+ , Yb 3+ and Er 3+ complexes // Journal of Appl Phys. 1981. V. 86. P. 1181-1185.)

Заявлены сополимеры на основе N-винилкарбазола (ВК) с N-винилкапролактамом (ВКЛ) общей формулы:Claimed copolymers based on N-vinylcarbazole (VK) with N-vinylcaprolactam (ON) of the general formula:

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

где m:n=(7-21):(93-79) мол. %, [η]=(0,13-0,16) дл/г.where m: n = (7-21) :( 93-79) mol. %, [η] = (0.13-0.16) dl / g.

Изобретением являются также твердые растворы этих сополимеров с ионами тербия (Tb3+) в полимерной матрице полиметилметакрилата. В таких сополимерах соотношение звеньев N-винилкарбазола и N-винилкапролактама (7-21):(93-79) мол. %, характеристическая вязкость [η]=(0,13-0,16) дл/г, мольное соотношение [Tb3+]:[ВК]=0,8-1,1; содержание звеньев ВК в твердом растворе в полимерной матрице - 0,7-0,9 мас. %.Solid solutions of these copolymers with terbium ions (Tb 3+ ) in the polymer matrix of polymethyl methacrylate are also an invention. In such copolymers, the ratio of the units of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam (7-21): (93-79) mol. %, intrinsic viscosity [η] = (0.13-0.16) dl / g, molar ratio [Tb 3+ ]: [VK] = 0.8-1.1; the content of VK units in the solid solution in the polymer matrix is 0.7-0.9 wt. %

Получению комплексов Tb3+ с полимерными лигандами различного химического строения и исследованию их фотофизических и электролюминесцентных свойств посвящено большое количество публикаций. В качестве полимерных лигандов для получения известных МПК с ионами Tb3+ используют полимеры, содержащие различные функциональные группы, способные к образованию координационных или донорно-акцепторных связей с ионами РЗЭ (1. Rosendo A., Flores M., Cordoba G. et al. / Synthesis, characterization and luminescence properties of Tb3+ and Eu3+ - doped poly (acrylic)acid // Material Setters. 2003. V. 57. P. 2885-2893; 2. Ануфриева Е.В., Некрасова Т.Н., Ананьева Т.Д., Громова Р.А., Лущик В.Б., Краковяк М.Г. / Структурная организация макромолекул и люминесценция ионов тербия в макромолекулярных металлокомплексах.// Высокомол. соед. Сер. А. 2000. Т. 42. №6. С.994-1001; 3. Chenxia D., Lin M., Yan X. et al. / Synthesis and photophysical characterization of terbium - polymer complexes containing salicylate ligand // European Polymer J. 1998. V. 34. №1. P. 23-29; 4. Карасев В.А., Петроченкова Н.В. / Лантанидсодержащие полимеры // Владивосток: Дальнаука, 2005. 194 с.).A large number of publications have been devoted to the preparation of Tb 3+ complexes with polymer ligands of various chemical structures and the study of their photophysical and electroluminescent properties. Polymers containing various functional groups capable of forming coordination or donor-acceptor bonds with REE ions are used as polymer ligands for producing known MPCs with Tb 3+ ions (1. Rosendo A., Flores M., Cordoba G. et al. / Synthesis, characterization and luminescence properties of Tb 3+ and Eu 3+ - doped poly (acrylic) acid // Material Setters. 2003. V. 57. P. 2885-2893; 2. Anufrieva E.V., Nekrasova T. N., Ananyeva T.D., Gromova R.A., Lushchik V.B., Krakovyak MG / Structural organization of macromolecules and luminescence of terbium ions in macromolecular metal complexes.// High molecular compound Ser. A. 2000.V. 42. No. 6. S.994-1001; 3. Chenxia D., Lin M., Yan X. et al. / Synthesis and photophysical characterization of terbium - polymer complexes containing salicylate ligand // European Polymer J. 1998. V. 34. No. 1. P. 23-29; 4. Karasev V.A., Petrochenkova N.V. / Lanthanide-containing polymers // Vladivostok: Dalnauka, 2005. 194 p.).

Известны сополимеры N-винилкарбазола и триалкоксивинилсилана или триацетоксивинилсилана, N-винилкарбазола и мономеров из группы, включающей низшие алкил(мет)акрилаты и стирол (5. патент США №4 039 463, заявлен 16 апреля 1975 г., опубликован 2 августа 1977 г.). Такие сополимеры используют в электростатографии в качестве проявителя в смеси с железосодержащими металлическими порошками.Known copolymers of N-vinylcarbazole and trialkoxyvinylsilane or triacetoxyvinylsilane, N-vinylcarbazole and monomers from the group consisting of lower alkyl (meth) acrylates and styrene (5. US patent No. 4,039,463, filed April 16, 1975, published August 2, 1977. ) Such copolymers are used in electrostatography as a developer in a mixture with iron-containing metal powders.

Описаны также композитные материалы, содержащие сополимеры N-винилкарбазола со стиролом, (мет)акрилонитрилом, с производными этилена (6. патент США №4 005 059, заявлен 30 апреля 1974 г., опубликован 25 января 1977 г.). Такие сополимеры обладают хорошими термическими характеристиками и адгезивными свойствами и могут быть использованы в качестве защитных покрытий на металлах и для создания металл-пластиковых ламинатов.Composite materials are also described containing copolymers of N-vinylcarbazole with styrene, (meth) acrylonitrile, and ethylene derivatives (6. US Patent No. 4,005,059, filed April 30, 1974, published January 25, 1977). Such copolymers have good thermal characteristics and adhesive properties and can be used as protective coatings on metals and to create metal-plastic laminates.

Сополимеры N-винилкарбазола и N-винилфталимида или его изоструктурных модификаций являются фотопроводящими материалами; их предлагают использовать в электрофотографии (7. патент США №3 970 602, заявлен 23 октября 1974 г., опубликован 20 июля 1976 г.).The copolymers of N-vinylcarbazole and N-vinylphthalimide or its isostructural modifications are photoconductive materials; they are proposed to be used in electrophotography (7. US patent No. 3 970 602, filed October 23, 1974, published July 20, 1976).

Описано использование N-винилкарбазола в количестве 1-30% в качестве одного из компонентов термопластичного полимерного материала (8. патент США №5 266 638, заявлен 13 ноября 1992 г., опубликован 30 ноября 1993 г.).The use of N-vinylcarbazole in an amount of 1-30% as one of the components of a thermoplastic polymer material is described (8. US patent No. 5,266,638, filed November 13, 1992, published November 30, 1993).

Сополимеры N-винилкарбазола и кумариновых производных были использованы для создания электролюминесцирующих слоев (9. патент США №5 587 444, заявлен 27 декабря 1994 г., опубликован 24 декабря 1996 г.).The copolymers of N-vinylcarbazole and coumarin derivatives were used to create electroluminescent layers (9. US Patent No. 5,587,444, filed December 27, 1994, published December 24, 1996).

В известных решениях не описано образование металл-полимерных комплексов, обладающих способностью к такому уровню люминесценции, который может обеспечить практическое использование материала.The known solutions do not describe the formation of metal-polymer complexes with the ability to such a level of luminescence, which can provide practical use of the material.

Известно также, что в опубликованных решениях получение люминесцирующих полимерных систем связано с формированием комплексов на основе координационных или донорно-акцепторных взаимодействий, которые также реализуются и с низкомолекулярными лигандами. Однако модифицирование полимеров различного химического строения, которые не содержат комплексообразующие группы, ионами редкоземельных металлов может значительно расширить их функциональные возможности и придать новые свойства.It is also known that in the published solutions, the preparation of luminescent polymer systems is associated with the formation of complexes based on coordination or donor-acceptor interactions, which are also realized with low molecular weight ligands. However, the modification of polymers of various chemical structures, which do not contain complexing groups, by rare-earth metal ions can significantly expand their functionality and give new properties.

Так, например, предложено использовать гомополи(N-винилкарбазол), в котором диспергирован низкомолекулярный люминесцирующий комплекс европия, в качестве среды, сохраняющей достаточно высокий уровень красного излучения и обладающей электролюминесцентными свойствами (9. J.Peng, N. Takada, N. Minami / Red electroluminescence of europium complex dispersed in poly (N-vinylcarbazole) // Thin Solid Films, 405 (2002) P. 224-227).For example, it was proposed to use homopoly (N-vinylcarbazole), in which the low molecular weight luminescent complex of europium is dispersed, as a medium that maintains a sufficiently high level of red radiation and has electroluminescent properties (9. J. Peng, N. Takada, N. Minami / Red electroluminescence of europium complex dispersed in poly (N-vinylcarbazole) // Thin Solid Films, 405 (2002) P. 224-227).

Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективно люминесцирующих твердых металл-полимерных растворов.The objective of the invention is the creation of effectively luminescent solid metal-polymer solutions.

Эта задача была решена, во-первых, сополимерами на основе N-винилкарбазола с N-винилкапролактамом общей формулы:This problem was solved, firstly, by copolymers based on N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam of the general formula:

Figure 00000001
Figure 00000003
Figure 00000001
Figure 00000003

где m:n=(7-21):(93-79) мол. %, [η]=(0,13-0,16) дл/г.where m: n = (7-21) :( 93-79) mol. %, [η] = (0.13-0.16) dl / g.

Задача была также решена твердыми растворами этих сополимеров с ионами тербия (Tb3+) в полимерной матрице полиметилметакрилата, соотношение звеньев N-винилкарбазола (ВК) и N-винилкапролактама (ВКЛ) в таких сополимерах (7-21):(93-79) мол. %, характеристическая вязкость [η]=(0,13-0,16) дл/г, мольное соотношение [Tb3+]:[ВК]=0,8-1,1, содержание звеньев ВК в твердом растворе - 0,7-0,9 мас.%.The problem was also solved by solid solutions of these copolymers with terbium ions (Tb 3+ ) in the polymer matrix of polymethylmethacrylate, the ratio of the units of N-vinylcarbazole (VK) and N-vinylcaprolactam (ON) in such copolymers (7-21) :( 93-79) pier %, intrinsic viscosity [η] = (0.13-0.16) dl / g, molar ratio [Tb 3+ ]: [VK] = 0.8-1.1, the content of VK units in the solid solution is 0, 7-0.9 wt.%.

Сополимеры винилкарбазола с винилкапролактамом (ВК-ВКЛ) синтезированы впервые. Их получают методом свободнорадикальной сополимеризации в растворе при варьируемом содержании мономеров в исходной смеси. В качестве инициатора используют динитрил азоизомасляной кислоты, растворителя - диметилацетамид. Полимеризацию проводят в запаянных ампулах в атмосфере аргона при 60°С в течение 48-72 часов. Целевые сополимеры (ВК-ВКЛ) выделяют из раствора осаждением в диэтиловый эфир, переосаждают из диметилформамида в эфир, сушат в вакууме при комнатной температуре до постоянной массы.The copolymers of vinylcarbazole with vinylcaprolactam (VK-ON) were synthesized for the first time. They are obtained by free radical copolymerization in solution with a variable content of monomers in the initial mixture. As the initiator use dinitrile azoisobutyric acid, the solvent is dimethylacetamide. The polymerization is carried out in sealed ampoules in an argon atmosphere at 60 ° C for 48-72 hours. Target copolymers (VK-ON) are isolated from the solution by precipitation into diethyl ether, reprecipitated from dimethylformamide into ether, dried in vacuum at room temperature to constant weight.

Состав полученных сополимеров определяют методом УФ-спектроскопии, молекулярные массы сополимеров оценивают методом вискозиметрии.The composition of the obtained copolymers is determined by UV spectroscopy, the molecular weights of the copolymers are evaluated by the method of viscometry.

На основе сополимеров с заявленным содержанием звеньев ВК (7-21) мол. %, [η]=(0,13-0,16) дл/г и ионов Tb3+ получают их твердые растворы в полиметилметакрилате. В качестве полиметилметакрилата используют полимеры с относительно невысокой молекулярной массой, что позволяет им легко растворяться в диметилформамиде, из растворов которых достаточно легко количественно удалить растворитель.Based on copolymers with the declared content of VK units (7-21) mol. %, [η] = (0.13-0.16) dl / g and Tb 3+ ions their solid solutions in polymethyl methacrylate are obtained. As polymethyl methacrylate, polymers with a relatively low molecular weight are used, which allows them to easily dissolve in dimethylformamide, from the solutions of which it is quite easy to quantitatively remove the solvent.

Для получения твердого раствора заявленных сополимеров (ВК-ВКЛ) с ионами Tb3+ в полиметилметакрилате предварительно готовят раствор в диметилформамиде, который содержит заявленный сополимер, ионы Tb3+ и полиметилметакрилат. Из полученного раствора на стеклянную подложку отливают пленки, которые сушат при температуре 60°С до постоянной массы. Толщина пленок для люминесцентных исследований - 5-10 мк. Измеряют интенсивность люминесцентного свечения полученных твердых растворов (пленок) на люминесцентном спектрофотометре LS-100 (PTI, Канада), используя приставку для измерения интенсивности люминесценции твердых образцов. Полученная пленка обладает интенсивной зеленой люминесценцией, возбуждаемой светом длиной волны 300 нм, с максимумом свечения при длине волны 543 нм (фиг.1, кривые 1, 2).To obtain a solid solution of the claimed copolymers (VK-ON) with Tb 3+ ions in polymethyl methacrylate, a solution in dimethylformamide, which contains the claimed copolymer, Tb 3+ ions and polymethyl methacrylate, is preliminarily prepared. Films are cast from the resulting solution onto a glass substrate, which are dried at a temperature of 60 ° C to constant weight. The thickness of the films for luminescent studies is 5-10 microns. The luminescence intensity of the obtained solid solutions (films) is measured on an LS-100 luminescent spectrophotometer (PTI, Canada) using an attachment for measuring the luminescence intensity of solid samples. The resulting film has intense green luminescence excited by light at a wavelength of 300 nm, with a maximum luminosity at a wavelength of 543 nm (Fig. 1, curves 1, 2).

Предварительно было установлено, что в диметилформамиде заявленные сополимеры с ионами Tb3+ обнаруживают только собственную люминесценцию звеньев ВК (фиг.2). В матрице полиметилметакрилата заявленные сополимеры без ионов Tb3+ обнаруживают также только собственную люминесценцию звеньев ВК, а ионы Tb3+ без сополимера показывают низкий уровень люминесценции (фиг.1, кривые 3, 4). Использование в качестве матрицы полистирола или поли-N-винилпирролидона дает значительно меньшие значения интенсивности люминесценции (фиг.3).It was previously established that in dimethylformamide the claimed copolymers with Tb 3+ ions only detect intrinsic luminescence of VK units (FIG. 2). In the polymethylmethacrylate matrix, the claimed copolymers without Tb 3+ ions also show only intrinsic luminescence of VK units, and Tb 3+ ions without a copolymer show a low level of luminescence (Fig. 1, curves 3, 4). The use of polystyrene or poly-N-vinylpyrrolidone as a matrix gives significantly lower luminescence intensities (Fig. 3).

Заявленное содержание звеньев ВК в сополимере (7-21) мол. %. Заявленные величины лучше всего подтверждаются снижением эффекта на 1-2 порядка при содержании звеньев ВК в сополимере выше и ниже заявленного интервала, т.е. при увеличении содержания звеньев ВК от 25 до 100 мол. %, а также при снижении их содержания ниже заявленного, т.е. от 7 и менее мол. % (фиг.1, кривые 5, 6).The claimed content of VK units in the copolymer (7-21) mol. % The declared values are best confirmed by a decrease in the effect by 1-2 orders of magnitude when the content of VK units in the copolymer is higher and lower than the stated interval, i.e. with an increase in the content of VK units from 25 to 100 mol. %, as well as with a decrease in their content below the declared, i.e. from 7 and less mol. % (Fig. 1, curves 5, 6).

Анализ научно-технического уровня не позволил обнаружить опубликованное решение, полностью совпадающее по совокупности существенных признаков с заявленным изобретением. Это подтверждает вывод о соответствии предлагаемого решения такому условию патентоспособности, как «новизна». Проведенный анализ патентной базы США и РФ не позволил также обнаружить такие технические решения, в которых было описано получение каких-либо сополимеров N-винилкарбазола и N-винилкапролактама.The analysis of the scientific and technical level did not allow to find the published solution, which completely coincided in the aggregate of essential features with the claimed invention. This confirms the conclusion that the proposed solution meets such a patentability condition as “novelty”. The analysis of the patent base of the USA and the Russian Federation also did not allow to find such technical solutions that described the preparation of any copolymers of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam.

Была неочевидна возможность получения на основе сополимеров заявленного состава металл-полимерных твердых растворов с перспективными фотолюминесцентными свойствами только в матрице полиметилметакрилата, тем более что растворы ионов Tb3+ и указанных сополимеров в диметилформамиде практически не люминесцируют, а в других твердых полимерных растворах кроме полиметилметакрилата слабо люминесцируют.The possibility of obtaining metal-polymer solid solutions based on copolymers of the claimed composition with promising photoluminescent properties only in the polymethyl methacrylate matrix was not obvious, especially since solutions of Tb 3+ ions and the indicated copolymers in dimethylformamide practically do not luminesce, and weakly luminesce in other solid polymer solutions except polymethyl methacrylate .

Нахождение неизвестной ранее функциональной зависимости состав - свойство, а именно интенсивности люминесценции ионов тербия в твердом растворе от содержания звеньев винилкарбазола в сополимере ВК-ВКЛ, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения в целом такому условию патентоспособности, как «изобретательский уровень» (неочевидность).Finding the previously unknown functional dependence of the composition is a property, namely, the luminescence intensity of terbium ions in solid solution on the content of vinylcarbazole units in the VK-ON copolymer, allows us to conclude that the claimed solution as a whole matches the patentability condition as “inventive step” (non-obviousness).

Полученные характеристики подтверждены чертежами.The obtained characteristics are confirmed by the drawings.

Фигура 1 - спектры люминесценции твердых растворов (со)полимеров и ионов тербия в полиметилметакрилате. Фигура 1 представляет спектры люминесценции сополимеров и ионов тербия: ВК:ВКЛ=17:83 (кривая 1), 21:79 (кривая 2); сополимера ВК:ВКЛ (без ионов тербия)=17:83 (кривая 3); тербия (кривая 4); поли-N-винилкарбазола и ионов тербия (кривая 5); поли-N-винилкапролактама (содержание звеньев ВКЛ=0,6 мас.%) и ионов тербия (кривая 6). Содержание Tb3+=0,64 мас.% (кривые 1, 2, 4-6), содержание звеньев ВК=0,8 мас.% (кривые 1-3, 5). Мольное соотношение [Tb3+]:[ВК]=1 (кривые 1, 2, 5). Мольное соотношение [Tb3+]:[ВКЛ]=1 (кривая 6). На оси Х - длины волн (λ, нм). На оси Y - интенсивность люминесцентного свечения в условных единицах (Iлюм, усл.ед.). Длина волны возбуждающего света λвозб=300 нм. Значения интенсивности люминесценции получены в сопоставимых условиях усиления.Figure 1 - luminescence spectra of solid solutions of (co) polymers and terbium ions in polymethyl methacrylate. Figure 1 presents the luminescence spectra of copolymers and terbium ions: VK: ON = 17: 83 (curve 1), 21:79 (curve 2); copolymer VK: ON (without terbium ions) = 17: 83 (curve 3); terbium (curve 4); poly-N-vinylcarbazole and terbium ions (curve 5); poly-N-vinylcaprolactam (content of ON units = 0.6 wt.%) and terbium ions (curve 6). The content of Tb 3+ = 0.64 wt.% (Curves 1, 2, 4-6), the content of VK units = 0.8 wt.% (Curves 1-3, 5). The molar ratio [Tb 3+ ]: [VK] = 1 (curves 1, 2, 5). The molar ratio [Tb 3+ ]: [ON] = 1 (curve 6). On the X axis - wavelengths (λ, nm). On the Y axis, the intensity of the luminescent glow in arbitrary units (I lum , conventional units). The wavelength of the exciting light λ exc = 300 nm. The luminescence intensities were obtained under comparable amplification conditions.

Фигура 2 - спектр люминесценции раствора сополимера ВК:ВКЛ и ионов тербия в диметилформамиде. Фигура 2 представляет спектр люминесценции сополимера ВК:ВКЛ=17:83, содержащего ионы тербия, в диметилформамиде. Концентрация ВК звеньев 10-3 моль/л, [Tb3+]:[ВК]=1. На оси Х - длины волн (λ, нм). На оси Y - интенсивность люминесцентного свечения в условных единицах (Iлюм, усл.ед.). Длина волны возбуждающего света λвозб=300 нм.Figure 2 - luminescence spectrum of a solution of a copolymer VK: ON and terbium ions in dimethylformamide. Figure 2 represents the luminescence spectrum of a VK: ON = 17: 83 copolymer containing terbium ions in dimethylformamide. The concentration of VK units of 10 -3 mol / l, [Tb 3+ ]: [VK] = 1. On the X axis - wavelengths (λ, nm). On the Y axis, the intensity of the luminescent glow in arbitrary units (I lum , conventional units). The wavelength of the exciting light λ exc = 300 nm.

Фигура 3 - спектры люминесценции твердых растворов сополимера ВК:ВКЛ и ионов тербия в матрицах различной природы. Фигура 3 представляет спектры люминесценции твердого раствора сополимера ВК:ВКЛ=21:79 и ионов тербия в полистироле (1), поли-N-винилпирролидоне (2) и полиметилметакрилате (3). Содержание звеньев ВК=0,8 мас.%, содержание Tb3+=0,64 мас.%, мольное соотношение [Tb3+]:[ВК]=1. На оси Х - длины волн (λ, нм). На оси Y - интенсивность люминесцентного свечения в условных единицах (Iлюм, усл.ед.). Длина волны возбуждающего света λвозб=300 нм. Значения интенсивности люминесценции получены в сопоставимых условиях усиления.Figure 3 - luminescence spectra of solid solutions of a copolymer VK: ON and terbium ions in matrices of various nature. Figure 3 presents the luminescence spectra of a solid solution of a VK: ON = 21: 79 copolymer and terbium ions in polystyrene (1), poly-N-vinylpyrrolidone (2) and polymethylmethacrylate (3). The content of the units VK = 0.8 wt.%, The content of Tb 3+ = 0.64 wt.%, The molar ratio [Tb 3+ ]: [VK] = 1. On the X axis - wavelengths (λ, nm). On the Y axis, the intensity of the luminescent glow in arbitrary units (I lum , conventional units). The wavelength of the exciting light λ exc = 300 nm. The luminescence intensities were obtained under comparable amplification conditions.

Для подтверждения соответствия заявленного изобретения такому условию патентоспособности, как «промышленная применимость», и для лучшего понимания сущности заявленного изобретения приводим примеры конкретной реализации изобретения, которым не может исчерпываться его сущность.To confirm the conformity of the claimed invention to such a condition of patentability as “industrial applicability”, and to better understand the essence of the claimed invention, we give examples of specific implementations of the invention, which cannot exhaust its essence.

Пример 1Example 1

Получение сополимера N-винилкапролактама с N-винилкарбазоломObtaining a copolymer of N-vinylcaprolactam with N-vinylcarbazole

В ампулу вносят 347 мг N-винилкапролактама (2,49 ммоля) и 54 мг (0,279 ммоля) N-винилкарбазола, 0,69 мл диметилацетамида, содержащего 0,55 мг динитрила азоизомасляной кислоты. Ампулу с реакционной смесью вакуумируют и заполняют аргоном. Запаянную ампулу помещают в термостат с температурой 60°С. Через 72 часа сополимер выделяют из раствора осаждением в серный эфир, переосаждают из диметилформамида в эфир и сушат в вакууме при комнатной температуре до постоянной массы. Выход сополимера составляет 215 мг (54%), содержание звеньев N-винилкарбазола - 17 мол. %, [η]=0,13 дл/г.347 mg of N-vinylcaprolactam (2.49 mmol) and 54 mg (0.279 mmol) of N-vinylcarbazole, 0.69 ml of dimethylacetamide containing 0.55 mg of azoisobutyric acid dinitrile are added to the ampoule. The ampoule with the reaction mixture is evacuated and filled with argon. A sealed ampoule is placed in a thermostat with a temperature of 60 ° C. After 72 hours, the copolymer was isolated from the solution by precipitation into sulfuric ether, reprecipitated from dimethylformamide into ether and dried in vacuo at room temperature to constant weight. The copolymer yield is 215 mg (54%), the content of N-vinylcarbazole units is 17 mol. %, [η] = 0.13 dl / g.

Данные примеров 2-3 получения сополимеров ВК:ВКЛ с различным содержанием сомономеров приведены в Таблице и выполнены в условиях примера 1.The data of examples 2-3 of obtaining copolymers VK: ON with different content of comonomers are shown in the Table and performed under the conditions of example 1.

Пример 4Example 4

Получение твердых растворов, содержащих сополимер N-винилкарбазола и N-винилкапролактама, ионы Tb3+ в полиметилметакрилатеPreparation of solid solutions containing a copolymer of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam, Tb 3+ ions in polymethyl methacrylate

Готовят раствор сополимера N-винилкарбазола и N-винилкапролактама, полученного по примеру 1, концентрация полимера в растворе спол=5 мг/мл, что соответствует концентрации звеньев ВК 5,74×10-3 ммоль/мл. К 0,348 мл раствора сополимера добавляют 0,87 мл диметилформамида, 0,75 мл раствора TbCl3 cTbCl3=1 мг/мл, при этом мольное соотношение [Tb3+]:[звено ВК]=1. В полученный раствор добавляют 0,5 мл раствора полиметилметакрилата с концентрацией с=100 мг/мл, ММ=3,5×105 Да. Полученную смесь тщательно перемешивают и выдерживают 30 мин. Затем отливают на стеклянную подложку. Пленку сушат при 60°С до постоянной массы. Интенсивность люминесценции ионов Tb3+I543=700 усл.ед.Prepare a solution of a copolymer of N-vinylcarbazole and N-vinylcaprolactam obtained in example 1, the polymer concentration in the solution with gender = 5 mg / ml, which corresponds to a concentration of VK units of 5.74 × 10 -3 mmol / ml. To 0.348 ml of a copolymer solution, 0.87 ml of dimethylformamide, 0.75 ml of a solution of TbCl 3 with TbCl3 = 1 mg / ml are added, and the molar ratio [Tb 3+ ]: [VK unit] = 1. To the resulting solution add 0.5 ml of a solution of polymethyl methacrylate with a concentration of c = 100 mg / ml, MM = 3.5 × 10 5 Yes. The resulting mixture was thoroughly mixed and incubated for 30 minutes. Then cast on a glass substrate. The film is dried at 60 ° C to constant weight. The luminescence intensity of ions Tb 3+ I 543 = 700 conventional units

Примеры 5-8 получения твердых растворов сополимеров с ионами Tb3+ с различным содержанием ВК звеньев в матрице полиметилметакрилата выполнены в условиях примера 4 при варьировании количества раствора сополимера, все данные приведены в Таблице.Examples 5-8 for the preparation of solid solutions of copolymers with Tb 3+ ions with different contents of VK units in the polymethyl methacrylate matrix were performed under the conditions of Example 4 with varying amounts of the copolymer solution, all data are shown in the Table.

Условия получения заявленных сополимеров и твердых растворовThe conditions for obtaining the claimed copolymers and solid solutions ПримерExample Состав, мол. %Composition, pier. % Выход, %Exit, % [η], дл/г[η], dl / g Содержание ВК звеньев в ПММА, мас.%The content of VK links in PMMA, wt.% Iлюм, усл.ед.I lum , conventional units мономерной смесиmonomer mixture сополимераcopolymer mm nn mm nn 77 22 33 4four 55 66 77 88 99 1one 1010 9090 1717 8383 5454 0,130.13 22 4four 9696 77 9393 2323 0,130.13 33 1212 8888 2121 7979 3434 0,160.16 4four 1717 8383 ** 0,80.8 700700 55 2121 7979 ** 0,80.8 620620 66 77 9393 ** 0,80.8 344344 77 2121 7979 ** 0.70.7 580580 88 2121 7979 ** 0,90.9 660660 * Твердый раствор в виде пленки. [η] не может быть определено.* Solid solution in the form of a film. [η] cannot be determined.

Представленные данные подтверждают достижение заявленной задачи. Выход за пределы заявленного состава сополимера, содержания ионов Tb3+, концентрации сополимера в твердом растворе приводит к резкому падению величины люминесценции.The data presented confirm the achievement of the stated objectives. Going beyond the stated composition of the copolymer, the content of Tb 3+ ions, the concentration of the copolymer in the solid solution leads to a sharp drop in the luminescence value.

Полученные впервые Tb3+, содержащие твердые растворы в полиметилметакрилате на основе сополимеров ВК-ВКЛ заявленного состава, характеризуются высокой интенсивностью люминесценции - от 344 до 700 усл.ед. Заявленные твердые растворы сополимеров ВК-ВКЛ с ионами Tb3+ могут представить интерес для создания лазерных, люминесцентных, электролюминесцентных, высокоскоростных переключающих устройств.The Tb 3+ obtained for the first time, containing solid solutions in polymethyl methacrylate based on VK-ON copolymers of the claimed composition, are characterized by high luminescence intensity - from 344 to 700 conventional units The claimed solid solutions of VK-ON copolymers with Tb 3+ ions may be of interest for creating laser, luminescent, electroluminescent, high-speed switching devices.

Claims (2)

1. Сополимеры N-винилкарбазола с N-винилкапролактамом общей формулы:
Figure 00000004
Figure 00000005

где m:n=(7-21):(93-79) мол. %; [η]=(0,13-0,16) дл/г.
1. Copolymers of N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam of the general formula:
Figure 00000004
Figure 00000005

where m: n = (7-21) :( 93-79) mol. %; [η] = (0.13-0.16) dl / g.
2. Твердые растворы полиметилметакрилата, включающие ионы Тb3+ и сополимеры N-винилкарбазола с N-винилкапролактамом общей формулы:
Figure 00000004
Figure 00000005

где m:n=(7-21):(93-79) мол. %; [η]=(0,13-0,16) дл/г, мольное соотношение [Тb3+]:[звено N-винилкарбазола]=0,8-1,1 содержание звеньев N-винилкарбазола в твердом растворе полиметилметакрилата 0,7-0,9 мас.%.
2. Solid solutions of polymethylmethacrylate, including Tb 3+ ions and copolymers of N-vinylcarbazole with N-vinylcaprolactam of the general formula:
Figure 00000004
Figure 00000005

where m: n = (7-21) :( 93-79) mol. %; [η] = (0.13-0.16) dl / g, molar ratio [Tb 3+ ]: [N-vinylcarbazole unit] = 0.8-1.1 the content of N-vinylcarbazole units in the solid solution of polymethylmethacrylate 0, 7-0.9 wt.%.
RU2009126407/04A 2009-07-09 2009-07-09 Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers RU2415157C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126407/04A RU2415157C1 (en) 2009-07-09 2009-07-09 Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126407/04A RU2415157C1 (en) 2009-07-09 2009-07-09 Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009126407A RU2009126407A (en) 2011-01-20
RU2415157C1 true RU2415157C1 (en) 2011-03-27

Family

ID=44052832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009126407/04A RU2415157C1 (en) 2009-07-09 2009-07-09 Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2415157C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187749A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-19 Даугавпилсский Университет Method for producing a novel luminescent polymer material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187749A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-19 Даугавпилсский Университет Method for producing a novel luminescent polymer material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009126407A (en) 2011-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104072729B (en) Use of polymers for up-conversion, and devices for up-conversion
Johnson et al. Excimer Fluorescence of Poly (N‐vinylcarbazole)
CN102165031B (en) Organic-inorganic complexes containing a luminescent rare earth-metal nanocluster and an antenna ligand, luminescent articles, and methods of making luminescent compositions
Kotch et al. Luminescence rigidochromism of fac-tricarbonylchloro (4, 7-diphenyl-1, 10-phenanthroline) rhenium as a spectroscopic probe in monitoring polymerization of photosensitive thin films
Massue et al. An extended excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) emitter for random lasing applications
Fox et al. Photophysical Processes in Polymers. III. Properties of Triplet Energy Traps in 1‐Vinylnaphthalene Copolymers
Roppolo et al. Luminescence variation by rigidity control of acrylic composite materials
Podkościelna New photoluminescent copolymers of naphthalene-2, 7-diol dimethacrylate and N-vinyl-2-pyrrolidone: synthesis, characterisation and properties
Hollauf et al. Dye functionalized-ROMP based terpolymers for the use as a light up-converting material via triplet–triplet annihilation
RU2415157C1 (en) Copolymers of n-vinylcarbazole with n-vinylcaprolactam and solid solutions of polymethyl methacrylate containing terbium ions and such copolymers
Wu et al. Barbier polymerization induced emission toward stimuli-responsive aggregation-induced emission type green non-traditional intrinsic luminescence
Mirochnik et al. Photoinduced excimer formation of boron difluoride β-diketonates in poly (methyl methacrylate)
Baschieri et al. Luminescent methacrylic copolymers with side-chain cyclometalated iridium (III) complexes
Skorotetcky et al. Synthesis and optical properties of highly luminescent phenyloxazole silane polymer
Hamel et al. Fluorescent 1, 8-naphthalimides-containing polymers as plastic scintillators. An attempt for neutron–gamma discrimination
Adadurov et al. Plastic scintillators based on polymers with eliminated excimer forming
RU2450025C2 (en) METAL-POLYMER COMPLEX OF EUROPIUM (Eu3+) AND (CO)POLY-(METHYLMETHACRYLATE)-(1-METHACRYLOYL-2-(2-PYRIDYL)-4-CARBOXY QUINOLYL)HYDRAZINE
Shimizu et al. Solid emission color tuning of polymers consisting of BODIPY and styrene in various ratios
RU2352594C2 (en) Polymer ligand with anthranilamide main-chain units and metal polymer complex containing such ligand
Keshtov et al. New bipolar copolyfluorenes: Synthesis and photo-and electroluminescent properties.
Deichmann et al. Photo-and electroluminescent behavior of Eu3+ ions in blends with poly (vinyl-carbazole)
Anufrieva et al. Luminescence of terbium ions in copolymers containing N-vinylcarbazole and vinylamide units of various structures in poly (methyl methacrylate) films
Ivakha et al. Ytterbium metal polymers as precursors of luminescent materials emitting in the near infrared region
O'shea et al. Limitations of conjugated polymers as emitters in triplet–triplet annihilation upconversion
Taydakov et al. Luminescent properties of a composite of acrylic polymers doped with Eu (III) complex for ink-jet printing applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160710