RU2464285C1 - Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof - Google Patents

Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2464285C1
RU2464285C1 RU2011108838/05A RU2011108838A RU2464285C1 RU 2464285 C1 RU2464285 C1 RU 2464285C1 RU 2011108838/05 A RU2011108838/05 A RU 2011108838/05A RU 2011108838 A RU2011108838 A RU 2011108838A RU 2464285 C1 RU2464285 C1 RU 2464285C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acrylic
polymerization
electro
optical
electron
Prior art date
Application number
RU2011108838/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентина Трофимовна Шашкова (RU)
Валентина Трофимовна Шашкова
Александр Олегович Станкевич (RU)
Александр Олегович Станкевич
Алла Васильевна Котова (RU)
Алла Васильевна Котова
Ирина Александровна Матвеева (RU)
Ирина Александровна Матвеева
Лариса Александровна Певцова (RU)
Лариса Александровна Певцова
Борис Исаакович Западинский (RU)
Борис Исаакович Западинский
Мойше Самуилович Китай (RU)
Мойше Самуилович Китай
Виктор Иванович Соколов (RU)
Виктор Иванович Соколов
Елена Михайловна Иванникова (RU)
Елена Михайловна Иванникова
Владимир Григорьевич Систер (RU)
Владимир Григорьевич Систер
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ГОУ ВПО "МГУИЭ")
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 химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ГОУ ВПО "МГУИЭ") filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН)
Priority to RU2011108838/05A priority Critical patent/RU2464285C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2464285C1 publication Critical patent/RU2464285C1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: electrooptic polymer material is obtained from a polymerisable acrylic composition which consists of an acrylic monomer containing an electron-donor group, an acrylic monomer containing an electron-acceptor group, a bifunctional acrylic oligomer, a polymerisable monomer-solvent and a radical photochemical or thermal polymerisation initiator, with the following ratio of components in wt %: acrylic monomer containing an electron-donor group 1-15, acrylic monomer containing an electron-acceptor group 1-15, bifunctional acrylic oligomer 5-55, polymerisable monomer-solvent 0-65, initiator 0.1-5.0. A method of producing an electrooptic cross-linked polymer material is also disclosed, which involves a step for preparing an acrylic composition and solidification thereof.
EFFECT: fixed arrangement of electrophorus donor and acceptor groups in electrooptic cross-linked polymer material, optimum alignment of donor-acceptor dipoles and the required physical parameters: elasticity, mechanical strength and impact strength.
6 cl, 1 tbl, 41 ex

Description

Изобретение относится к электрооптическим полимерным материалам, изменяющим коэффициент преломления при приложении электрического поля. Более конкретно, изобретение относится к сшитым электрооптическим полимерным материалам, полученным трехмерной полимеризацией электрооптической полимеризационноспособной акриловой композиции и способу проведения этого процесса. Электрооптические полимерные материалы предназначены для изготовления нелинейных оптических устройств, в частности терабитных модуляторов оптических сигналов для высокоскоростной передачи информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и оптических процессорах.The invention relates to electro-optical polymeric materials that change the refractive index when an electric field is applied. More specifically, the invention relates to crosslinked electro-optical polymer materials obtained by three-dimensional polymerization of an electro-optical polymerization-capable acrylic composition and a method for carrying out this process. Electro-optical polymeric materials are intended for the manufacture of non-linear optical devices, in particular terabit modulators of optical signals for high-speed transmission of information in fiber-optic communication lines (FOCL) and optical processors.

Развитие высокоскоростных ВОЛС и оптических процессоров требует создания модуляторов оптических сигналов со временами переключения порядка нескольких пикосекунд, что позволит передавать оптическую информацию с терабитной скоростью. Существующие модуляторы, в частности на основе ниобата лития, обладают временами переключения порядка сотен пикосекунд, что не позволяет достичь терабитных скоростей.The development of high-speed FOCLs and optical processors requires the creation of optical signal modulators with switching times of the order of several picoseconds, which will allow transmitting optical information at a terabit speed. Existing modulators, in particular based on lithium niobate, have switching times of the order of hundreds of picoseconds, which does not allow reaching terabit speeds.

В настоящее время основной путь создания высокоскоростных модуляторов и переключателей света предусматривает использование электрооптического эффекта в полимерных материалах. Разрабатываются новые материалы, обладающие большим электрооптическим эффектом и пикосекундными временами переключения. Эти работы проводятся ведущими фирмами в этой области: British Telecom (Англия), France Telecom и Alcatel (Франция), Nortel (Канада), Allied Signal Inc., Coming Inc., Zenastra и Telephotonics (США), NTT (Япония) и др. Синтезированы специальные электрооптические хромофоры с величиной электрооптического коэффициента и скоростью модуляции оптического сигнала, на порядок большими, чем у модуляторов на основе ниобата лития.Currently, the main way to create high-speed modulators and light switches involves the use of the electro-optical effect in polymeric materials. New materials are being developed with a large electro-optical effect and picosecond switching times. These works are carried out by leading companies in this field: British Telecom (England), France Telecom and Alcatel (France), Nortel (Canada), Allied Signal Inc., Coming Inc., Zenastra and Telephotonics (USA), NTT (Japan), etc. Special electro-optical chromophores were synthesized with the magnitude of the electro-optical coefficient and the modulation speed of the optical signal, an order of magnitude greater than that of modulators based on lithium niobate.

Основной подход к созданию материалов для реализации нелинейных оптических эффектов второго порядка предусматривает реализацию «пуш-пул»-механизма: донор-π-система-акцептор (Д-π-А) (Патенты США №6067186, 6090332), предусматривающего передачу заряда от донора к акцептору через систему сопряженных связей. В таких молекулярных конструкциях достигаются значительные величины нелинейного оптического эффекта второго порядка, так как первая молекулярная электронная гиперполяризуемость (β или µβ), являющаяся мерой этого эффекта, может в значительной степени варьироваться за счет изменения строения элементов Д-π-А. Наиболее известны системы с использованием в качестве А тиенильных производных (Заявки США 2003/0183812, 2006/0114552).The main approach to creating materials for the implementation of second-order nonlinear optical effects involves the implementation of a “push pool” mechanism: a donor-π-acceptor system (D-π-A) (US Patent Nos. 6,067,186, 6,090,332), which involves the transfer of charge from a donor to the acceptor through a system of conjugated bonds. In such molecular structures, significant values of the second-order nonlinear optical effect are achieved, since the first molecular electronic hyperpolarizability (β or μβ), which is a measure of this effect, can vary significantly due to a change in the structure of D-π-A elements. The most famous systems using thienyl derivatives as A (US Application 2003/0183812, 2006/0114552).

Другое направление создания модуляторов предусматривает обеспечение взаимодействия Д-А за счет их фиксации в полимерной матрице. В известных работах используются электрохромные структуры, встроенные в полимерную цепь: компоненты электрохрома вводятся в инертный полимер, например, 2,3-бис-[(3-тиенил)окси]пропиловый эфир 3-тиофенкарбоновой кислоты с тиофеном и пирролом в матрицу полиметилметакрилата (Europ. Polymer J. 2004. V.40. P.2442) или 3-(1,1-дицианоэтил)-1-фенил-1Н-пиразол в матрицу полиэфиркетона (JOSA В. 2002. V.19. P.215). Возможно также введение электрохромной группы в боковую цепь линейного полимера, например поли-N-винилкарбазола, допированного акцепторными соединениями: 1-бутоксил-2,5-диметил-4-(4-нитрофенилазо)-бензолом и 2,4,7-тринитро-9-флуореноном (JOSA В. 1999. V.16. Р.215).Another direction for the creation of modulators provides for the interaction of DA through their fixation in a polymer matrix. Known works use electrochromic structures built into the polymer chain: the components of the electrochromic are introduced into an inert polymer, for example, 2,3-bis - [(3-thienyl) oxy] propyl ether of 3-thiophenecarboxylic acid with thiophene and pyrrole into the polymethyl methacrylate matrix (Europ Polymer J. 2004. V.40. P.2442) or 3- (1,1-dicyanoethyl) -1-phenyl-1H-pyrazole in a polyetherketone matrix (JOSA B. 2002. V.19. P.215). It is also possible to introduce an electrochromic group into the side chain of a linear polymer, for example, poly-N-vinylcarbazole doped with acceptor compounds: 1-butoxyl-2,5-dimethyl-4- (4-nitrophenylazo) benzene and 2,4,7-trinitro 9-fluorenone (JOSA B. 1999. V.16. P.215).

Дальнейшее развитие этого направления привело к созданию материалов, получаемых сополимеризацией мономеров, содержащих в боковой цепи молекулы донора и акцептора.Further development of this direction led to the creation of materials obtained by copolymerization of monomers containing donor and acceptor molecules in the side chain.

Наиболее близкий аналог (прототип) настоящего изобретения (Polymer. 2001. V.42. Р.1101-1107) предусматривает для получения электрооптического материала сополимеризацию акриловых мономеров, один из которых содержит донорную группировку производного карбазола, а другой - акцепторную группировку производного нитроазобензола. В работе описан синтез донорного и акцепторного мономеров и процесс их термимической сополимеризации в толуоле при 60°С в течение 48 часов в вакуумированной запаянной ампуле в присутствии 0,5% азо-бис-изобутиронитрила в качестве инициатора.The closest analogue (prototype) of the present invention (Polymer. 2001. V.42. P.1101-1107) provides for copolymerization of acrylic monomers to obtain an electro-optical material, one of which contains a donor group of a carbazole derivative, and the other an acceptor group of a nitroazobenzene derivative. The work describes the synthesis of donor and acceptor monomers and the process of their thermal copolymerization in toluene at 60 ° C for 48 hours in a vacuum sealed ampoule in the presence of 0.5% azo-bis-isobutyronitrile as an initiator.

Главный недостаток представленного в прототипе решения заключается в том, что сополимеризации подвергаются два акриловых мономера, содержащих объемные боковые заместители, и по стерическим причинам донорные и акцепторные группы располагаются на противоположных плоскостях относительно полимерной цепи, что практически исключает электронные взаимодействия между ними. Между тем именно эти взаимодействия определяют электрооптические свойства материала. Кроме того, показано (Патент США №5100971), что близкие по строению поли(мет)акрилаты, содержащие карбазольный заместитель, представляют собой жесткие хрупкие материалы с очень низкой адгезией к обычно применяемым подложкам.The main disadvantage of the solution presented in the prototype is that two acrylic monomers containing bulky side substituents are copolymerized, and for steric reasons, donor and acceptor groups are located on opposite planes relative to the polymer chain, which virtually eliminates electronic interactions between them. Meanwhile, it is these interactions that determine the electro-optical properties of the material. In addition, it is shown (US Patent No. 5100971) that structurally similar poly (meth) acrylates containing a carbazole substituent are hard brittle materials with very low adhesion to commonly used substrates.

Существенным недостатком предложенного в прототипе решения является невозможность ориентации диполей и ее закрепления. Для достижения высокого электрооптического коэффициента модулятора необходимо произвести ориентацию диполей донор-акцептор в электрическом поле и затем закрепить оптимальную ориентацию (Патент США №7391938). Во всех известных решениях для получения полимерных электрооптических материалов используются линейные высокополимеры с боковыми электрофорными группами, обладающие довольно высокой температурой стеклования. В таких полимерах ориентация диполей в некоторой степени возможна только при температурах выше температуры стеклования, то есть в условиях, когда возможно термическое разложение электрофорных групп.A significant drawback of the solution proposed in the prototype is the impossibility of orientation of the dipoles and its fixing. To achieve a high electro-optical coefficient of the modulator, it is necessary to orient the donor-acceptor dipoles in an electric field and then fix the optimal orientation (US Patent No. 7391938). In all known solutions for the production of polymer electro-optical materials, linear high polymers with side electrophore groups having a rather high glass transition temperature are used. In such polymers, the orientation of dipoles is to some extent possible only at temperatures above the glass transition temperature, that is, under conditions where thermal decomposition of electrophore groups is possible.

К недостаткам решения, выбранного за прототип, как и решений в других перечисленных выше источниках, можно отнести и метод получения пленок электрооптического материала путем полива раствора линейного полимера в инертном растворителе. Такой подход не позволяет реализовать одну из наиболее перспективных технологий создания ВОЛС и оптических процессоров, предусматривающую формирование системы планарных волноводов методами лазерной стереолитографии или фоторепликации. Эта технология с успехом применяется для получения обычных волноводов за счет использования фотополимеризующихся композиций, отверждаемых в заданных областях при воздействии лазерного луча или немонохроматического света через шаблон (Патент США №6917749).The disadvantages of the solution chosen for the prototype, as well as the solutions in the other sources listed above, include the method of producing films of electro-optical material by pouring a solution of a linear polymer in an inert solvent. This approach does not allow one of the most promising technologies for creating FOCLs and optical processors to be implemented, which provides for the formation of a planar waveguide system using laser stereolithography or photoreplication. This technology has been successfully used to produce conventional waveguides through the use of photopolymerizable compositions that cure in specified areas when exposed to a laser beam or non-monochromatic light through a template (US Patent No. 6917749).

Задачей предлагаемого изобретения является создание полимеризационноспособной композиции, способной к трехмерной радикальной сополимеризации при фотохимическом или термическом инициировании с образованием электрооптического сшитого сетчатого полимерного материала с фиксированным расположением донорных и акцепторных группировок и позволяющей осуществлять при проведении процесса полимеризации в условиях приложенного электрического поля ориентацию диполей донор-акцептор и сохранять оптимальную ориентацию в электрооптическом материале. Композиция должна обладать необходимыми физическими параметрами: вязкостью, тиксотропией, прозрачностью в телекоммуникационных областях спектра.The objective of the invention is the creation of a polymerization-capable composition capable of three-dimensional radical copolymerization during photochemical or thermal initiation with the formation of electro-optical crosslinked cross-linked polymer material with a fixed arrangement of donor and acceptor groups and which allows the orientation of the donor-acceptor dipoles and the polymerization process under the conditions of an applied electric field maintain optimal orientation in electro-optical material. The composition should possess the necessary physical parameters: viscosity, thixotropy, transparency in the telecommunication spectral regions.

Задачей предлагаемого изобретения является также создание электрооптического сшитого полимерного материала, получаемого трехмерной радикальной полимеризацией полимеризационноспособной композиции при фотохимическом или термическом инициировании, который благодаря сшитой сетчатой структуре будет отличаться фиксированным расположением электрофорных донорных и акцепторных группировок с оптимальной ориентацией диполей донор-акцептор и будет обладать необходимыми физическими параметрами: эластичностью, механической прочностью, ударной прочностью и другими свойствами, необходимыми для электрооптического материала.The objective of the invention is the creation of an electro-optical cross-linked polymer material obtained by three-dimensional radical polymerization of a polymerization-capable composition during photochemical or thermal initiation, which due to the cross-linked network structure will differ in the fixed arrangement of electrophore donor and acceptor groups with the optimal orientation of the donor-acceptor dipoles and will have the necessary physical parameters : elasticity, mechanical strength, Darnay strength and other properties necessary for the electro-optical material.

Задачей изобретения является также разработка способа получения электрооптического сшитого сетчатого полимерного материала с фиксированным расположением донорных и акцепторных группировок трехмерной радикальной сополимеризацией жидкой акриловой композиции при фотохимическом или термическом инициировании.The objective of the invention is also the development of a method for producing an electro-optical crosslinked cross-linked polymer material with a fixed arrangement of donor and acceptor groups by three-dimensional radical copolymerization of a liquid acrylic composition during photochemical or thermal initiation.

Решение поставленной задачи достигается:The solution to this problem is achieved:

- предлагаемой электрооптической полимеризационноспособной акриловой композицией, состоящей из акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку, акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, бифункционального акрилового олигомера, полимеризационноспособного мономера-растворителя и инициатора радикальной фотохимической или термической полимеризации при следующем соотношении компонентов, мас.%:- the proposed electro-optical polymerization-capable acrylic composition consisting of an acrylic monomer containing an electron-donating moiety, an acrylic monomer containing an electron-withdrawing moiety, a bifunctional acrylic oligomer, a polymerization-based solvent monomer and an initiator of radical photochemical or thermal polymerization, with the following ratio:% wt.

Акриловый мономер, содержащийAcrylic monomer containing электронодонорную группировкуelectron donor group 1-15,1-15, Акриловый мономер, содержащийAcrylic monomer containing электроноакцепторную группировкуelectron withdrawing group 1-15,1-15, Бифункциональный акриловый олигомерBifunctional Acrylic Oligomer 5-55,5-55, Полимеризационноспособный мономер-растворительPolymerization Solvent Monomer 0-65,0-65 Инициатор полимеризацииPolymerization initiator 0,1-5,0.0.1-5.0.

Предлагаемая электрооптическая акриловая композиция в качестве акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку, может содержать ω-(N-карбозолил)алкилакрилаты.The proposed electro-optical acrylic composition as an acrylic monomer containing an electron-donating moiety may contain ω- (N-carbosolyl) alkyl acrylates.

Предлагаемая электрооптическая акриловая композиция в качестве акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, может содержать 4-(ω-акрилоилоксиалкил)-4'-нитроазобензолы.The proposed electro-optical acrylic composition as an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety may contain 4- (ω-acryloyloxyalkyl) -4'-nitroazobenzenes.

Предлагаемая электрооптическая акриловая композиция в качестве бифункционального акрилового олигомера может содержать или олигоэфир(мет)акрилаты, или эпоксиакрилаты, или олигокарбонатметакрилаты, или олигоуретан(мет)акрилаты, или фторированные бифункциональные акриловые олигомеры;The proposed electro-optical acrylic composition as a bifunctional acrylic oligomer may contain either oligoester (meth) acrylates, or epoxy acrylates, or oligocarbonate methacrylates, or oligourethane (meth) acrylates, or fluorinated bifunctional acrylic oligomers;

- предлагаемым электрооптическим сшитым полимерным материалом, изменяющим коэффициент преломления при приложении электрического поля, получаемым трехмерной радикальной полимеризацией заявляемой полимеризационноспособной мономер-олигомерной акриловой композиции при фотохимическом или термическом инициировании;- the proposed electro-optical crosslinked polymeric material that changes the refractive index when applying an electric field, obtained by three-dimensional radical polymerization of the inventive polymerization-capable monomer-oligomeric acrylic composition during photochemical or thermal initiation;

- предлагаемым способом получения заявляемого электрооптического сшитого сетчатого полимерного материала, включающим стадию приготовления заявляемой полимеризационноспособной акриловой композиции и стадию ее отверждения, состоящих из следующих операций:- the proposed method for producing the inventive electro-optical crosslinked cross-linked polymer material, comprising the step of preparing the inventive polymerization-capable acrylic composition and the stage of curing it, consisting of the following operations:

1. растворение акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, в полимеризационноспособном мономере-растворителе;1. dissolving an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety in a polymerization solvent monomer;

2. добавление к полученному раствору акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку;2. adding to the resulting solution an acrylic monomer containing an electron-donating moiety;

3. прогрев полученной смеси при 40-50°С в течение 5-10 мин;3. heating the resulting mixture at 40-50 ° C for 5-10 minutes;

4. добавление к полученному раствору бифункционального акрилового олигомера и инициатора полимеризации и перемешивание до полного растворения с получением композиции;4. adding to the resulting solution a bifunctional acrylic oligomer and a polymerization initiator and mixing until complete dissolution to obtain a composition;

5. отверждение полученной композиции путем фотохимического или термического инициирования трехмерной радикальной полимеризации с образованием электрооптического сшитого сетчатого полимерного материала.5. curing the obtained composition by photochemical or thermal initiation of three-dimensional radical polymerization with the formation of electro-optical cross-linked network polymer material.

Предлагаемый в настоящем изобретении подход к получению электрооптических материалов позволяет решить основные структурные и технологические проблемы создания элементов ВОЛС и электрооптических модуляторов, которые не могут быть осуществлены при использовании решения, приведенного в прототипе. В частности, сополимеризация донорного и акцепторного мономеров в присутствии бифункционального олигомера позволяет получить сетчатый полимер с фиксированным расположением донорных и акцепторных группировок. Появляется возможность регулирования размера ячеек сетчатого полимера за счет подбора длины олигомерного блока (группы между двумя концевыми акриловыми группами в бифункциональном олигомере) и/или межузлового расстояния (за счет сополимеризации с мономером) для обеспечения свободного размещения и ориентации электрохромных группировок.Proposed in the present invention, the approach to the production of electro-optical materials allows us to solve the basic structural and technological problems of creating elements of fiber optic links and electro-optical modulators, which cannot be implemented using the solution given in the prototype. In particular, copolymerization of donor and acceptor monomers in the presence of a bifunctional oligomer makes it possible to obtain a network polymer with a fixed arrangement of donor and acceptor groups. It becomes possible to control the size of the mesh polymer cells by selecting the length of the oligomeric block (the group between the two terminal acrylic groups in the bifunctional oligomer) and / or the interstitial distance (due to copolymerization with the monomer) to ensure free placement and orientation of the electrochromic groups.

Более того, поскольку исходная композиция является вязкой жидкостью, ориентация диполей в условиях приложенного электрического поля осуществляется без затруднений, а последующая трехмерная полимеризация фиксирует в сетчатом электрооптическом полимере оптимальную ориентацию диполей донор-акцептор.Moreover, since the initial composition is a viscous liquid, the orientation of the dipoles under the conditions of an applied electric field is carried out without difficulty, and the subsequent three-dimensional polymerization fixes the optimal orientation of the donor-acceptor dipoles in the network electro-optical polymer.

Предлагаемая полимеризационноспособная акриловая композиция является типичной олигомер-мономерной композицией и может перерабатываться в изделия (пленки, волноводы и т.п.) обычными для олигомеров методами без использования инертных растворителей. Например, пленки регулируемой толщины могут быть получены методом центробежной технологии («spin coating»), а использование фотоинициированной полимеризации позволяет получать изделия произвольной формы методами лазерной стереолитографии или фоторепликации.The proposed polymerization-based acrylic composition is a typical oligomer-monomer composition and can be processed into products (films, waveguides, etc.) by methods conventional for oligomers without the use of inert solvents. For example, films of adjustable thickness can be obtained by the method of centrifugal technology (“spin coating”), and the use of photoinitiated polymerization allows you to get products of arbitrary shape by laser stereolithography or photoreplication.

Заявляемый электрооптический сшитый полимерный материал может использоваться для изготовления нелинейных оптических устройств, в частности для изготовления терабитных модуляторов оптических сигналов для высокоскоростной передачи информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и оптических процессорах.The inventive electro-optical cross-linked polymer material can be used for the manufacture of non-linear optical devices, in particular for the manufacture of terabit modulators of optical signals for high-speed transmission of information in fiber-optic communication lines (FOCL) and optical processors.

Детальное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Для решения проблемы изготовления качественного сшитого электрооптического полимерного материала авторы провели обширное исследование. В результате найдены основные факторы, влияющие на возможность получения сшитого полимера в присутствии высокополярных донорных и акцепторных группировок, с одной стороны, определяющих реализацию электрооптического эффекта по «пуш-пул»-механизму, а с другой - проявляющих свойства ингибиторов радикальных реакций, в том числе и полимеризации.To solve the problem of manufacturing high-quality cross-linked electro-optical polymer material, the authors conducted an extensive study. As a result, the main factors were found that affect the possibility of obtaining a cross-linked polymer in the presence of highly polar donor and acceptor groups, on the one hand, determining the realization of the electro-optical effect by the “push-pool” mechanism, and on the other, exhibiting the properties of radical reaction inhibitors, including and polymerization.

Первый фактор, который определяет возможность получения сшитого электрооптического полимера, - это выбор химической структуры акриловых соединений (олигомеров и мономеров). Структура должна исключить возможные специфические реакции с участием электрохромных группировок, которые могут привести к потере электрооптических свойств, особенно в процессе отверждения.The first factor that determines the possibility of obtaining a cross-linked electro-optical polymer is the choice of the chemical structure of acrylic compounds (oligomers and monomers). The structure should exclude possible specific reactions involving electrochromic groups, which can lead to a loss of electro-optical properties, especially during curing.

Вторым фактором является тип инициатора и условия инициирования трехмерной радикальной полимеризации, что определяет скорость инициирования, концентрацию свободных радикалов, константы скорости процесса полимеризации и, что особенно существенно, определяет вклад реакций свободных радикалов с электрохромными группировками.The second factor is the type of initiator and the initiation conditions for three-dimensional radical polymerization, which determines the initiation rate, concentration of free radicals, rate constants of the polymerization process and, which is especially important, determines the contribution of reactions of free radicals with electrochromic groups.

Третий фактор, который определяет возможность получения качественного сшитого электрооптического полимера, связан с необходимостью регулирования размера ячеек сетчатого полимера за счет подбора длины олигомерного блока (группы между двумя концевыми акриловьми группами в бифункциональном олигомере) и/или межузлового расстояния (за счет сополимеризации с мономером) для обеспечения свободного размещения и ориентации электрохромных группировок.The third factor that determines the possibility of obtaining a high-quality cross-linked electro-optical polymer is related to the need to control the size of the mesh polymer cells by selecting the length of the oligomeric block (the group between the two terminal acrylic groups in the bifunctional oligomer) and / or the interstitial distance (due to copolymerization with the monomer) for ensuring free placement and orientation of electrochromic groups.

Сначала рассматривается предлагаемая акриловая композиция, а затем и другие объекты заявляемого изобретения.First, we consider the proposed acrylic composition, and then other objects of the claimed invention.

Предлагаемая электрооптическая полимеризационноспособная акриловая композиция состоит из акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку, акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, бифункционального акрилового олигомера, полимеризационноспособного мономера-растворителя и инициатора полимеризации.The proposed electro-optical polymerization acrylic composition consists of an acrylic monomer containing an electron donor moiety, an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety, a bifunctional acrylic oligomer, a polymerization solvent-monomer and a polymerization initiator.

В качестве акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку, композиция включает акрилзамещенные производные карбазола - продукты акрилирования N-(гидроксиалкил)карбазолов. В качестве предпочтительных примеров можно привести 2-(N-карбозолил)этилакрилат (АМД-1) (J. Polymer ScL, Part С, 1988, V.26, P.441; Патент США 5100971) и синтезированный впервые 3-(2,7-дихлоркарбазол-9-ил)пропилакрилат (АМД-2):As an acrylic monomer containing an electron-donating moiety, the composition includes acryl-substituted carbazole derivatives — acrylation products of N- (hydroxyalkyl) carbazoles. Preferred examples are 2- (N-carbosolyl) ethyl acrylate (AMD-1) (J. Polymer ScL, Part C, 1988, V.26, P.441; U.S. Patent 5100971) and 3- synthesized for the first time (2, 7-dichlorocarbazol-9-yl) propyl acrylate (AMD-2):

Figure 00000001
Figure 00000001

Соединения этого типа - наиболее часто используемые электронодоноры, но и другие способные к полимеризации электронодонорные соединения могут использоваться в предлагаемой композиции.Compounds of this type are the most commonly used electron donors, but other polymerizable electron donor compounds can be used in the proposed composition.

В качестве акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, предпочтительнее использовать акрилзамещенные производные нитроазобензола - полимеризационноспособные аналоги известного электрооптического соединения DR-1 (Патент США 6449417). В проведенных экспериментах лучшие результаты получены при применении 4-(2-акрилоилоксиэтил)-2,5-диметил-4'-нитроазобензола (АКА-1) (Polymer. 2001. V.42. P.1101) и впервые синтезированного 4-(6-акрилоилоксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола (АКА-2):As an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety, it is preferable to use acrylic substituted nitroazobenzene derivatives - polymerization analogs of the known electro-optical compound DR-1 (US Patent 6449417). In the experiments performed, the best results were obtained using 4- (2-acryloloxyethyl) -2,5-dimethyl-4'-nitroazobenzene (AKA-1) (Polymer. 2001. V.42. P.1101) and the first synthesized 4- ( 6-acryloyloxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene (AKA-2):

Figure 00000002
Figure 00000002

Соединения этого типа - наиболее часто используемые электроакцепторы, но и другие способные к полимеризации электроноакцепторные соединения могут использоваться в предлагаемой композиции.Compounds of this type are the most commonly used electron acceptors, but other polymerizable electron-withdrawing compounds can be used in the proposed composition.

Бифункциональный акриловый олигомер исполняет роль сшивающего агента для акриловых мономеров, содержащих электронодонорную и электроноакцепторную группировку. Его строение, молекулярная масса и концентрация определяют густоту пространственной сетки, а природа олигомерного блока - ориентацию в пространстве диполя донор-акцептор. Любой олигомер, содержащий две (мет)акриловые группы, может быть использован в данной композиции, если он отвечает следующим требованиям:The bifunctional acrylic oligomer acts as a crosslinking agent for acrylic monomers containing an electron-donating and electron-withdrawing moiety. Its structure, molecular weight and concentration determine the density of the spatial network, and the nature of the oligomeric block determines the orientation of the donor – acceptor in the dipole space. Any oligomer containing two (meth) acrylic groups can be used in this composition if it meets the following requirements:

- совмещение с электроноактивными акриловыми мономерами в жидкой композиции, в процессе сополимеризации и в конечном электрооптическом сшитом полимерном материале;- combination with electronically active acrylic monomers in a liquid composition, in the copolymerization process and in the final electro-optical crosslinked polymer material;

- низкое поглощение в телекоммуникационных областях спектра;- low absorption in telecommunication spectral regions;

- достижение приемлемой величины электрооптического эффекта.- achieving an acceptable magnitude of the electro-optical effect.

В предлагаемой композиции могут использоваться олигоэфир(мет)акрилаты на основе двухатомных спиртов, гликолей, бис-фенолов, эпоксиакрилаты - продукты (мет)акрилирования эпоксидных диановых олигомеров, олигокарбонатметакрилаты, олигоуретан(мет)акрилаты, полученные как «изоционатным» методом, так и без использования изоцианатов, и ди(мет)акрилаты других известных классов.In the proposed composition can be used oligoester (meth) acrylates based on dihydric alcohols, glycols, bis-phenols, epoxy acrylates - products of (meth) acrylation of epoxy Diane oligomers, oligocarbonate methacrylates, oligourethane (meth) acrylates, obtained as the "isocyanate" method, and without the use of isocyanates, and di (meth) acrylates of other known classes.

Наиболее перспективными с точки зрения использования в предлагаемой композиции являются коммерчески доступные эпоксиакрилаты на основе дифенилопропана и его этоксилированные и глицелированные производные, структуры которых приведены ниже (ДА-1, ДА-2 и ДА-3 соответственно):The most promising from the point of view of use in the proposed composition are commercially available epoxy acrylates based on diphenylpropane and its ethoxylated and glycated derivatives, the structures of which are given below (DA-1, DA-2 and DA-3, respectively):

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

Другим ценным бифункциональным акриловым олигомером является коммерчески доступный олигокарбонатметакрилат ОКМ-2:Another valuable bifunctional acrylic oligomer is the commercially available OKM-2 oligocarbonate methacrylate:

Figure 00000006
Figure 00000006

Из олигоуретанметакрилатов наибольший интерес представляет олигомер на основе изофорондиизоцианата (ОУМ):Of the oligourethane methacrylates, the most interesting is the oligomer based on isophorondiisocyanate (OUM):

Figure 00000007
Figure 00000007

С точки зрения прозрачности сшитого электрооптического материала в телекоммуникационных областях спектра особый интерес представляют фторированные бифункциональные олигомеры общей формулы (ФА-4 и ФА-6):From the point of view of transparency of cross-linked electro-optical material in the telecommunication spectral regions, fluorinated bifunctional oligomers of the general formula (FA-4 and FA-6) are of particular interest:

Figure 00000008
Figure 00000008

Полимеризационноспособный мономер-растворитель предпочтительно используется в заявляемой композиции, поскольку электроноактивные акриловые мономеры АМД и АКА, а также большинство их аналогов являются твердыми плохо растворимыми в органических растворителях соединениями. В некоторых случаях возможно их растворение непосредственно в бифункциональном акриловом олигомере, но, как правило, последние являются высоковязкими соединениями, из-за чего процесс растворения требует неприемлемого с технологической точки зрения промежутка времени. Использование низковязкого полимеризационноспособного мономера-растворителя позволяет не только резко улучшить процесс получения заявляемой композиции, но и дает дополнительную возможность для регулирования плотности сетки в сшитом электрооптическом материале.The polymerization-based solvent monomer is preferably used in the claimed composition, since the electronically active acrylic monomers AMD and AKA, as well as most of their analogues, are solid compounds poorly soluble in organic solvents. In some cases, it is possible to dissolve them directly in a bifunctional acrylic oligomer, but, as a rule, the latter are highly viscous compounds, which is why the dissolution process requires a period of time unacceptable from a technological point of view. The use of a low-viscosity polymerization-capable solvent monomer allows not only to sharply improve the process of obtaining the claimed composition, but also provides an additional opportunity to control the density of the mesh in a crosslinked electro-optical material.

В принципе любое способное к радикальной полимеризации и/или сополимеризации соединение может быть использовано в данной композиции, если содержит такую группу, как (мет)акрилоил-, винильную, аллиловую или стирольную. С точки зрения скорости реакции полимеризации наиболее предпочтительны производные акриловых кислот. Поскольку электроноактивные акриловые олигомеры АМД и АКА являются высокополярными соединениями, наиболее полезными с точки зрения данного изобретения являются полярные полимеризационноспособные мономеры-растворители, такие как 2-феноксиэтилметакрилат (ФЭМ), N-винилпирролидон (ВП) и изоборнилакрилат (ИБА).In principle, any compound capable of radical polymerization and / or copolymerization can be used in this composition if it contains a group such as (meth) acryloyl, vinyl, allyl or styrene. From the point of view of the speed of the polymerization reaction, derivatives of acrylic acids are most preferred. Since the electron-active acrylic oligomers AMD and AKA are highly polar compounds, the most useful polymeric polymerization solvent monomers such as 2-phenoxyethyl methacrylate (FEM), N-vinylpyrrolidone (VP) and isobornyl acrylate (IBA) are most useful from the point of view of this invention.

Figure 00000009
Figure 00000009

Получение сшитого электрооптического материала трехмерной радикальной полимеризацией указанной акриловой композиции не имеет значительных ограничений, может быть использован любой известный метод инициирования полимеризации. В качестве инициатора могут использоваться пероксиды и азо-соединения для термически инициируемой полимеризации, фотоинициаторы для фотополимеризации в УФ- и видимой областях спектра, высокоэнергетические излучения, а также любые комбинации из этих воздействий.The preparation of a crosslinked electro-optical material by three-dimensional radical polymerization of said acrylic composition is not significantly limited, any known method of initiating polymerization can be used. Peroxides and azo compounds for thermally initiated polymerization, photoinitiators for photopolymerization in the UV and visible spectral regions, high-energy radiation, as well as any combination of these effects can be used as initiators.

Типичные инициаторы термической полимеризации включают диацилпероксиды, например перекись бензоила, пероксиэфиры, например даурилпероксид, перкарбонаты и азо-соединения, например 2,2'-азобисизобутиронитрил (АБН). Наиболее предпочтительным для полимеризации предлагаемой композиции является АБН.Typical thermal polymerization initiators include diacyl peroxides, for example benzoyl peroxide, peroxy esters, for example dauryl peroxide, percarbonates and azo compounds, for example 2,2'-azobisisobutyronitrile (ABN). Most preferred for the polymerization of the proposed composition is ABN.

При осуществлении полимеризации в условиях УФ-облучения в качестве фотоинициатора используются производные бензоина, например бензоинбутиловый эфир, кетали, например бензилметилкеталь, гидроксикетоны, например гидроксициклогексилфенилкетон. Фотоинициаторы могут использоваться также в комбинации 2 или более компонентов, а также в смеси с инициаторами термического отверждения.In the polymerization under UV irradiation, benzoin derivatives, for example benzoin butyl ether, ketals, for example benzyl methyl ketal, hydroxy ketones, for example hydroxycyclohexyl phenyl ketone, are used as photoinitiator. Photoinitiators can also be used in combination of 2 or more components, as well as in a mixture with thermal curing initiators.

Для фотополимеризации заявляемой композиции при УФ-облучении наиболее предпочтительным инициатором является смесь (1:1) дифенил(2,4,6-триметилбензоил)фосфина и 2-гидрокси-2-метилпропиофенона (ФИ).For photopolymerization of the claimed composition under UV irradiation, the most preferred initiator is a mixture of (1: 1) diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone (PI).

В большинстве приведенных разработок для фотохимического инициирования использовалась ртутная лампа высокого давления мощностью 1000 Вт.Most of the above developments for photochemical initiation used a 1000 W high-pressure mercury lamp.

Следующие примеры приводятся с целью дальнейшего раскрытия данного изобретения.The following examples are provided for the purpose of further disclosing the present invention.

Пример 1. Синтез 3-(2,7-дихлоркарбазол-9-ил)пропилакрилата (АМД-2).Example 1. Synthesis of 3- (2,7-dichlorocarbazol-9-yl) propyl acrylate (AMD-2).

В 4-горлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой, загружали 5,6 г (0,02 моль) 3-(2,7-дихлоркарбазол-9-ил)пропанола-1 и 50 мл тетрагидрофурана (ТГФ) и затем 3,3 мл (2,4 г, 0,024 моль) триэтиламина в 10 мл ТГФ. Реакционную смесь охлаждали до 2°С и по каплям прибавляли раствор 2,0 г (0,022 моль) хлорангидрида акриловой кислоты в 10 мл ТГФ, поддерживая температуру в пределах 2-4°С. Затем реакционную смесь выдерживали 1 час при комнатной температуре и 3 часа при 40-42°С. После охлаждения реакционную смесь выливали в 200 мл 2%-ного раствора соляной кислоты при 0°С и выделившийся продукт промывали на воронке Бюхнера водой до отрицательной реакции на ионы хлора. После сушки в вакуумном шкафу получили 5,8 г (87%) продукта белого цвета - 3-(2,7-дихлоркарбазол-9-ил)пропилакрилата, т.пл. 140-141°С после перекристаллизации из этанола. Строение данного продукта, так же как и продуктов по примерам 2-5, доказано элементным анализом, данными электронной и ИК-спектроскопии и жидкостной хроматографией.5.6 g (0.02 mol) of 3- (2,7-dichlorocarbazol-9-yl) propanol-1 and 50 ml of tetrahydrofuran (THF) were charged into a 4-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser and dropping funnel. ) and then 3.3 ml (2.4 g, 0.024 mol) of triethylamine in 10 ml of THF. The reaction mixture was cooled to 2 ° C and a solution of 2.0 g (0.022 mol) of acrylic acid chloride in 10 ml of THF was added dropwise, maintaining the temperature within 2-4 ° C. Then the reaction mixture was kept for 1 hour at room temperature and 3 hours at 40-42 ° C. After cooling, the reaction mixture was poured into 200 ml of a 2% hydrochloric acid solution at 0 ° C, and the separated product was washed on a Buchner funnel with water until the reaction to chlorine ions was negative. After drying in a vacuum oven, 5.8 g (87%) of a white product, 3- (2,7-dichlorocarbazol-9-yl) propyl acrylate, was obtained; 140-141 ° C after recrystallization from ethanol. The structure of this product, as well as the products of examples 2-5, is proved by elemental analysis, data of electronic and IR spectroscopy and liquid chromatography.

Пример 2. Диазотирование п-нитроанилина.Example 2. Diazotization of p-nitroaniline.

34,5 г (0,25 моль) п-нитроанилина растворили при нагревании в 500 мл воды, содержащей 78 г соляной кислоты (36%) (0,75 моль). К охлажденному до 0°С раствору прибавили при перемешивании 17,25 г (0,25 моль) нитрита натрия. Реакционную смесь медленно нагревали до 34°С, выдерживали при этой температуре до отрицательной реакции на нитрит-ионы (контроль по йодкрахмальной бумажке) и получили диазо-соль п-нитроанилина.34.5 g (0.25 mol) of p-nitroaniline was dissolved by heating in 500 ml of water containing 78 g of hydrochloric acid (36%) (0.75 mol). To a solution cooled to 0 ° C, 17.25 g (0.25 mol) of sodium nitrite was added with stirring. The reaction mixture was slowly heated to 34 ° C, kept at this temperature until a negative reaction to nitrite ions (control by iodine starch paper) and a diazo salt of p-nitroaniline was obtained.

Пример 3. Синтез 4-гидрокси-3-метил-4'-нитроазобензола.Example 3. Synthesis of 4-hydroxy-3-methyl-4'-nitroazobenzene.

К охлажденному до 0°С раствору 27 г (0,25 моль) о-крезола и 10 г (0,25 моль) NaOH при перемешивании по каплям прибавляли раствор диазо-соли п-нитроанилина. Осадок красителя отфильтровали, промыли водой до нейтральной реакции и высушили под вакуумом при 40°С до постоянного веса. Получили 52,7 г (82%) целевого продукта.To a solution of 27 g (0.25 mol) of o-cresol and 10 g (0.25 mol) of NaOH cooled to 0 ° C, a solution of p-nitroaniline diazo salt was added dropwise with stirring. The dye precipitate was filtered off, washed with water until neutral and dried under vacuum at 40 ° C to constant weight. Received 52.7 g (82%) of the target product.

Пример 4. Синтез 4-(6-гидроксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола.Example 4. Synthesis of 4- (6-hydroxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene.

25,7 г (0,1 моль) 4-гидрокси-3-метил-4'-нитроазобензола, 25,4 г (0,105 моль) 6-бромгексанола и 13,8 г (0,1 моль) безводного карбоната калия нагревали в 300 мл ацетона в течение 48 часов. Реакционную смесь вылили в 1,5 л 10%-ного раствора NaOH в воде. Осадок отфильтровали, промыли до нейтральной реакции, высушили под вакуумом при 40°С до постоянного веса. Получено 24,8 г (62%) 4-(6-гидроксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола.25.7 g (0.1 mol) of 4-hydroxy-3-methyl-4'-nitroazobenzene, 25.4 g (0.105 mol) of 6-bromohexanol and 13.8 g (0.1 mol) of anhydrous potassium carbonate were heated in 300 ml of acetone for 48 hours. The reaction mixture was poured into 1.5 L of a 10% solution of NaOH in water. The precipitate was filtered off, washed until neutral, dried under vacuum at 40 ° C to constant weight. 24.8 g (62%) of 4- (6-hydroxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene are obtained.

Пример 5. Синтез 4-(6-акрилоилоксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола (АКА-2).Example 5. Synthesis of 4- (6-acryloyloxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene (AKA-2).

К охлажденному до 0°С раствору 10,53 г (0,03 моль) 4-(6-гидроксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола и 3,6 г (0,036 моль) триэтиламина в 50 мл ТГФ медленно прибавляли раствор 2, 9 г (0,033 моль) хлорангидрида акриловой кислоты в 3 мл ТГФ. Затем реакционную смесь нагревали при 30°С в течение 2 часов. Смесь вылили в 200 мл 10%-ного раствора соляной кислоты со льдом. Осадок промыли и высушили под вакуумом при 30° до постоянного веса. Получено 8,26 г (67%) 4-(6-акрилоилоксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензола.A solution of 10.53 g (0.03 mol) of 4- (6-hydroxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene and 3.6 g (0.036 mol) of triethylamine in 50 ml of THF was slowly added to a solution 2, 9 g (0.033 mol) of acrylic acid chloride in 3 ml of THF. Then the reaction mixture was heated at 30 ° C for 2 hours. The mixture was poured into 200 ml of a 10% hydrochloric acid solution with ice. The precipitate was washed and dried under vacuum at 30 ° to constant weight. Received 8.26 g (67%) of 4- (6-acryloyloxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene.

Пример 6. Приготовление полимеризационноспособной мономер-олигомерной акриловой композиции для термополимеризации.Example 6. Preparation of a polymerization-capable monomer-oligomeric acrylic composition for thermopolymerization.

К 0,2444 г (35,3%) ФЭМ добавляли 0,0397 г (5,6%) АКА-2 и нагревали при 40-45°С при постоянном перемешивании до полного растворения. К полученному раствору последовательно добавляли 0,0305 г (4,4%) АМД-2 и 0,3785 г (54,7%) ОУМ. После полной гомогенизации к прозрачной композиции, выход 100%, добавляли 0,0116 г (1,65% к общей массе композиции) АБН и перемешивали при комнатной температуре до полного растворения инициатора.0.0397 g (5.6%) AKA-2 was added to 0.2444 g (35.3%) FEM and heated at 40-45 ° С with constant stirring until completely dissolved. To the resulting solution, 0.0305 g (4.4%) of AMD-2 and 0.3785 g (54.7%) of OUM were successively added. After complete homogenization to a clear composition, yield 100%, 0.0116 g (1.65% of the total weight of the composition) ABN was added and stirred at room temperature until the initiator was completely dissolved.

Примеры 7-14. Приготовление полимеризационноспособных мономер-олигомерных акриловых композиций для термополимеризации.Examples 7-14. Preparation of polymerization-capable monomer-oligomeric acrylic compositions for thermopolymerization.

По методике, приведенной в примере 6, получены композиции, составы которых конкретизированы в таблице 1.By the methodology described in example 6, obtained compositions whose compositions are specified in table 1.

Пример 15. Приготовление полимеризационноспособной мономер-олигомерной акриловой композиции для фотополимеризации.Example 15. Preparation of a polymerization-capable monomer-oligomeric acrylic composition for photopolymerization.

К композиции, получение которой описано в примере 6, добавляли 3-4% (к общей массе композиции) ФИ для фотоинициированной полимеризации и перемешивали при комнатной температуре до полного растворения инициатора.To the composition, the preparation of which is described in example 6, 3-4% (to the total weight of the composition) of PHI for photoinitiated polymerization was added and stirred at room temperature until the initiator was completely dissolved.

Примеры 16-23. Приготовление полимеризационноспособных мономер-олигомерных акриловых композиций для фотополимеризации.Examples 16-23. Preparation of polymerization-capable monomer-oligomeric acrylic compositions for photopolymerization.

По методике, приведенной в примере 15, получены композиции, составы которых также конкретизированы в таблице 1.By the methodology described in example 15, obtained compositions, the compositions of which are also specified in table 1.

Таблица 1Table 1 Составы полимеризационноспособных мономер-олигомерных акриловых композиций.The compositions of the polymerization monomer-oligomeric acrylic compositions. Пример №Example No. Компонент композиции, содержание мас.%Component composition, wt.% АМД-2AMD-2 АКА-2AKA-2 ФЭМFEM ИБАIBA ВПVP ДАYES ОКМOKM ОУМOUM ФА-4FA-4 Для термополимеризации, АБН, 1,65%For thermopolymerization, ABN, 1.65% 77 7,17.1 5,95.9 49,949.9 37,137.1 88 15,015.0 4,74.7 64,364.3 16,016,0 99 3,53,5 4,24.2 43,743.7 43,643.6 5,05,0 1010 8,38.3 10,210,2 35,435,4 46,146.1 11eleven 3,33.3 4,04.0 42,042.0 50,750.7 1212 7,97.9 10,010.0 36,236,2 45,945.9 1313 7,67.6 6,36.3 23,723.7 62,462,4 14fourteen 1,01,0 12,712.7 23,723.7 62,662.6 Для фотополимеризации, ФИ, 3-4%For photopolymerization, FI, 3-4% 15fifteen 4,44.4 5,65,6 35,335.3 54,754.7 1616 7,17.1 5,95.9 49,949.9 37,137.1 1717 8,88.8 10,910.9 64,364.3 16,016,0 18eighteen 6,76.7 1,01,0 43,743.7 48,648.6 1919 3,53,5 15,015.0 35,435,4 46,146.1 20twenty 3,33.3 4,04.0 42,042.0 50,750.7 2121 7,97.9 10,010.0 36,236,2 45,945.9 2222 7,67.6 6,36.3 23,723.7 62,462,4 2323 7,57.5 6,26.2 23,723.7 62,662.6

Пример 24. Получение сшитого электрооптического материала. Композицию состава, приведенного в примере 6, вносили в заливочную форму, образованную подложкой из силикатного стекла и рамкой из пленки одностороннего скотча толщиной 30 мкм. Форму покрывали силикатным стеклом с нанесенным на рабочую поверхность антиадгезионным покрытием и сборку нагревали при 80-82°С в течение 1 часа. Получили прозрачную прочную пленку ярко-красного цвета.Example 24. Obtaining a crosslinked electro-optical material. The composition of the composition shown in example 6 was applied to a casting mold formed by a silicate glass substrate and a 30-μm-thick single-sided tape film frame. The mold was covered with silicate glass coated with a release coating on the working surface and the assembly was heated at 80-82 ° C for 1 hour. Got a transparent strong film of bright red color.

Примеры 25-32. Получение сшитого электрооптического материала.Examples 25-32. Getting cross-linked electro-optical material.

По методике, приведенной в примере 24, из композиций по примерам 7-14 получены образцы сшитого электрооптического материала в виде прозрачных прочных пленок ярко-красного цвета.According to the methodology described in example 24, samples of crosslinked electro-optical material in the form of transparent strong films of bright red color were obtained from the compositions of examples 7-14.

Пример 33. Получение сшитого электрооптического материала.Example 33. Obtaining cross-linked electro-optical material.

Композицию состава, приведенного в примере 15, вносили в заливочную форму, образованную подложкой из силикатного стекла и рамкой из пленки одностороннего скотча толщиной 30 мкм. Форму покрывали кварцевым стеклом с нанесенным на рабочую поверхность антиадгезионным покрытием и сборку облучали ртутной лампой 1000 Вт в течение 4-5 мин. После разборки формы получили прозрачную прочную пленку ярко-красного цвета.The composition of the composition shown in example 15 was applied to a casting mold formed by a silicate glass substrate and a 30 μm thick single-sided tape frame. The mold was covered with quartz glass coated with a release coating on the working surface, and the assembly was irradiated with a 1000 W mercury lamp for 4-5 minutes. After disassembling the forms, a transparent, strong film of bright red color was obtained.

Примеры 34-41. Получение сшитого электрооптического материала.Examples 34-41. Getting cross-linked electro-optical material.

По методике, приведенной в примере 33, из композиций по примерам 16-23 получены образцы сшитого электрооптического материала в виде прозрачных прочных пленок ярко-красного цвета.According to the methodology described in example 33, samples of crosslinked electro-optical material in the form of transparent strong films of bright red color were obtained from the compositions of examples 16-23.

Все разработанные композиции, приведенные в Таблице 1, обладают удовлетворительными физико-химическими свойствами: их состав подобран таким образом, чтобы их вязкость (200-3000 сП) обеспечивала растекание композиции по подложке, в том числе в условиях центробежной технологии ("spin-coating"), скорость полимеризации при УФ-облучении (не более 40 сек для 500 мкм пленки) достаточна для реализации самых современных технологий изготовления оптических изделий, после полимеризации композиции образуется прочный эластичный материал с приемлемой адгезией к различным подложкам, по своим свойствам вполне пригодный для изготовления волноводов, переключателей и других электрооптических изделий.All developed compositions shown in Table 1 have satisfactory physicochemical properties: their composition is selected so that their viscosity (200-3000 cP) allows the composition to spread over the substrate, including under the conditions of centrifugal technology ("spin-coating" ), the polymerization rate under UV irradiation (not more than 40 sec for a 500 μm film) is sufficient to implement the most advanced technologies for manufacturing optical products, after polymerization of the composition, a durable elastic material with acceptable adhesion to p zlichnym substrates, it is suitable for the manufacture of waveguides, switches and other electro-optic products in their properties.

Содержание электрооптических мономеров в разработанных композициях перерывает диапазон их концентраций, приведенный в известных патентных и литературных источниках. Содержание каждого из электрооптических мономеров и их соотношение определяется условиями конкретного применения и необходимой величиной электрооптического эффекта, но во всех случаях комплекс физико-химических и деформационно-прочностных свойств разработанных композиции и материала обеспечит изготовление качественного изделия.The content of electro-optical monomers in the developed compositions covers the range of their concentrations given in the known patent and literature sources. The content of each of the electro-optical monomers and their ratio is determined by the conditions of the specific application and the required value of the electro-optical effect, but in all cases the complex physicochemical and deformation-strength properties of the developed composition and material will ensure the production of a high-quality product.

Таким образом, в предлагаемом изобретении разработан новый подход к созданию сетчатых электрооптических полимерных материалов, предусматривающий сополимеризацию акриловых мономеров, содержащих электронодонорный и электроноакцепторный заместитель, с моно- и дифункциональными акрилатами при термическом или фотоинициировании. В соответствии с литературными данными разработанный полимерный материал содержит все необходимые структурные элементы для реализации электрооптических свойств, при этом относительная концентрация и соотношение донорных и акцепторных группировок в материале может изменяться в широких пределах. При полимеризации жидкой композиции в условиях приложенного электрического поля имеется возможность эффективной ориентации диполей с последующим закреплением ее в сетчатом материале, что по известным теоретическим разработкам позволит резко снизить напряжение переключения, повысить времена переключения до порядка нескольких пикосекунд, добиться близкой к 100% глубины модуляции оптического сигнала.Thus, the present invention has developed a new approach to the creation of cross-linked electro-optical polymeric materials, providing for the copolymerization of acrylic monomers containing an electron-donating and electron-withdrawing substituent with mono- and difunctional acrylates during thermal or photoinitiation. In accordance with published data, the developed polymer material contains all the necessary structural elements for the realization of electro-optical properties, while the relative concentration and ratio of donor and acceptor groups in the material can vary widely. When polymerizing a liquid composition under the conditions of an applied electric field, it is possible to efficiently orient dipoles with their subsequent fixation in a mesh material, which, according to well-known theoretical developments, will make it possible to sharply reduce the switching voltage, increase the switching times to several picoseconds, and achieve an optical signal modulation depth close to 100% .

Claims (6)

1. Электрооптическая полимеризационноспособная акриловая композиция, состоящая из акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, бифункционального акрилового олигомера, полимеризационноспособного мономера-растворителя и инициатора радикальной фотохимической или термической полимеризации при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Акриловый мономер, содержащий электронодонорную группировку 1-15 Акриловый мономер, содержащий электроноакцепторную группировку 1-15, Бифункциональный акриловый олигомер 5-55 Полимеризационноспособный мономер-растворитель 0-65 Инициатор 0,1-5,0
1. Electro-optical polymerization acrylic composition consisting of an acrylic monomer containing an electron-donating moiety of an acrylic monomer containing an electron-withdrawing moiety, a bifunctional acrylic oligomer, a polymerization solvent-monomer and an initiator of radical photochemical or thermal polymerization in the following ratio of components, wt.
Acrylic monomer containing electron donating moiety 1-15 Acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety 1-15, Bifunctional Acrylic Oligomer 5-55 Polymerization Solvent Monomer 0-65 Initiator 0.1-5.0
2. Электрооптическая полимеризационноспособная акриловая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку, она содержит 2-(N-карбозолил)этилакрилат или 3-(2,7-дихлоркарбазол-9-ил)пропилакрилат.2. Electro-optical polymerization-acrylic composition according to claim 1, characterized in that, as an acrylic monomer containing an electron-donating moiety, it contains 2- (N-carbosolyl) ethyl acrylate or 3- (2,7-dichlorocarbazol-9-yl) propyl acrylate. 3. Электрооптическая полимеризационноспособная акриловая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, она содержит 4-(2-акрилоилоксиэтил)-2,5-диметил-4'-нитроазобензол или 4-(6-акрилоилоксигексил)-3-метил-4'-нитроазобензол.3. The electro-optical polymerization-capable acrylic composition according to claim 1, characterized in that, as an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety, it contains 4- (2-acryloyloxyethyl) -2,5-dimethyl-4'-nitroazobenzene or 4- (6- acryloyloxyhexyl) -3-methyl-4'-nitroazobenzene. 4. Электрооптическая полимеризационноспособная акриловая композиция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве бифункционального акрилового олигомера она содержит олигоэфир(мет)акрилаты, или эпоксиакрилаты, или олигокарбонатметакрилаты, или олигоуретан(мет)акрилаты, или фторированные бифункциональные акриловые олигомеры.4. Electro-optical polymerization acrylic composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains oligoester (meth) acrylates or epoxy acrylates or oligocarbonate methacrylates or oligourethane (meth) acrylates or fluorinated bifunctional as the bifunctional acrylic oligomer . 5. Электрооптический сшитый полимерный материал, изменяющий коэффициент преломления при приложении электрического поля, получаемый трехмерной радикальной полимеризацией полимеризационноспособной акриловой композиции по любому из пп.1-4 при фотохимическом или термическом инициировании.5. Electro-optical cross-linked polymer material that changes the refractive index when an electric field is applied, obtained by three-dimensional radical polymerization of a polymerization-capable acrylic composition according to any one of claims 1 to 4 during photochemical or thermal initiation. 6. Способ получения электрооптического сшитого полимерного материала по п.5, включающий стадию приготовления полимеризационноспособной акриловой композиции по любому из пп.1-4 и стадию ее отверждения, состоящий из следующих операций:
1) растворение акрилового мономера, содержащего электроноакцепторную группировку, в полимеризационноспособном мономере-растворителе;
2) добавление к полученному раствору акрилового мономера, содержащего электронодонорную группировку;
3) прогрев полученной смеси при 40-50°С в течение 5-10 мин;
4) добавление к полученному раствору бифункционального акрилового олигомера и инициатора полимеризации и перемешивание до полного растворения с получением композиции;
5) изготовление пленки заданной толщины из полученного раствора;
6) отверждение полученной композиции путем фотохимического или термического инициирования трехмерной радикальной полимеризации с образованием электрооптического сшитого полимерного материала.
6. A method of producing an electro-optical crosslinked polymeric material according to claim 5, comprising the step of preparing a polymerization-capable acrylic composition according to any one of claims 1 to 4 and the stage of curing it, consisting of the following operations:
1) dissolving an acrylic monomer containing an electron withdrawing moiety in a polymerization solvent monomer;
2) adding to the resulting solution an acrylic monomer containing an electron-donating moiety;
3) heating the resulting mixture at 40-50 ° C for 5-10 minutes;
4) adding to the resulting solution a bifunctional acrylic oligomer and a polymerization initiator and mixing until complete dissolution to obtain a composition;
5) the manufacture of a film of a given thickness from the resulting solution;
6) curing the resulting composition by photochemical or thermal initiation of three-dimensional radical polymerization with the formation of electro-optical cross-linked polymer material.
RU2011108838/05A 2011-03-10 2011-03-10 Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof RU2464285C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011108838/05A RU2464285C1 (en) 2011-03-10 2011-03-10 Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011108838/05A RU2464285C1 (en) 2011-03-10 2011-03-10 Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2464285C1 true RU2464285C1 (en) 2012-10-20

Family

ID=47145385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011108838/05A RU2464285C1 (en) 2011-03-10 2011-03-10 Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2464285C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100971A (en) * 1989-02-28 1992-03-31 Basf Aktiengesellschaft Preparation of carbazole-substituted polyacrylates or polymethacrylates, the products thus prepared and their use
RU2402578C1 (en) * 2009-03-12 2010-10-27 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Photochromic polymerisable composition, photochromic cellular optical material and method of obtaining said material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100971A (en) * 1989-02-28 1992-03-31 Basf Aktiengesellschaft Preparation of carbazole-substituted polyacrylates or polymethacrylates, the products thus prepared and their use
RU2402578C1 (en) * 2009-03-12 2010-10-27 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Photochromic polymerisable composition, photochromic cellular optical material and method of obtaining said material

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAU-JIN HU ET AL, Journal of polymer science, 1988, 26/10, 441-446. *
CHEN Y. ET AL. Получение фотореакционных полимеров, содержащих бифункциональные хромофоры. Mater.Lett, 2003, 57, №15, pp.2271-2276. *
Y.CHEN ЕТ AL, Synthesis and characterization of bi-functional photorefractive polymers, Polymer, 2001, 42, 1101-1107. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5219710A (en) Polymeric nitrones having a styrene-derived backbone chain
TW200563B (en) Chromophore containing compounds for opto-electronic applications
US3953620A (en) Producing integrated optical circuits
KR20030025622A (en) Vinyl substituted diarylethenes and polymer their from
Murase et al. Photo-optical control with large refractive index changes by photodimerization of poly (vinyl cinnamate) film
Lu et al. PDLC with controllable microstructure using wavelength-selective two-stage polymerization
EP2511307B1 (en) Photochromic material
EP0574519B1 (en) Polymeric nitrones having an acrylic backbone chain
TW202015900A (en) Laminated body
JP3143121B2 (en) Side-chain copolymer showing nonlinear optical response
JPH05194653A (en) Polymer having nlo-active side chain group, its preparation, and production of ortical communication element by using it
TW201827857A (en) Fluorene-containing compound, preparation method thereof, curable composition and cured product having high refraction index for use as optical elements or coatings
RU2464285C1 (en) Electrooptic polymerisable acrylic composition, electrooptic cross-linked polymer material and method for production thereof
WO1991003504A1 (en) Acrylic polymers exhibiting nonlinear optical response
Kanokwijitsilp et al. Kinetics of Photocrosslinking and Surface Attachment of Thick Polymer Films
US5041510A (en) Acrylic copolymers exhibiting nonlinear optical response
US20030201429A1 (en) Low loss electro-optic polymers and devices made therefrom
EP0464795B1 (en) Organic optical nonlinear material and optical nonlinear device
CN110997614B (en) Method for preparing photoaligned polymeric materials and compositions
US5080931A (en) Doped polymer films for waveguides
Cabanetos et al. Preparation of a new electro-optic polymer cross-linkable via copper-free thermal huisgen cyclo-addition and fabrication of optical waveguides by reactive ion etching
JPH07191305A (en) Liquid crystal device
KR20120030678A (en) Photoactive fluorinated polymer and the coating solution
JP2813925B2 (en) Organic optical nonlinear materials and nonlinear devices
Wofford et al. Holographic polymer dispersed liquid crystal (HPDLC) transmission gratings formed by visible light initiated thiol-ene photopolymerization

Legal Events

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

Effective date: 20170311