RU2541521C2 - Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film - Google Patents

Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film Download PDF

Info

Publication number
RU2541521C2
RU2541521C2 RU2013123700/04A RU2013123700A RU2541521C2 RU 2541521 C2 RU2541521 C2 RU 2541521C2 RU 2013123700/04 A RU2013123700/04 A RU 2013123700/04A RU 2013123700 A RU2013123700 A RU 2013123700A RU 2541521 C2 RU2541521 C2 RU 2541521C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
film
liquid composition
composition
nanoparticles
obtaining
Prior art date
Application number
RU2013123700/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013123700A (en
Inventor
Игорь Юрьевич Денисюк
Юлия Эдуардовна Бурункова
Надежда Дмитриевна Ворзобова
Мария Ивановна Фокина
Вера Геннадьевна Булгакова
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Priority to RU2013123700/04A priority Critical patent/RU2541521C2/en
Publication of RU2013123700A publication Critical patent/RU2013123700A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2541521C2 publication Critical patent/RU2541521C2/en

Links

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: inventions relate to liquid composition for obtaining photopolymerisation-able film for recording holograms, method of obtaining said liquid composition and method of obtaining photopolymerisation-able film. Claimed photopolymerisation-able film forms image due to refractive index modulation with exposure to activating irradiation with wavelength 325-550 nm. Composition contains from 30 to 69.45 wt % of liquid acryl monomer, which has at least one acid group COOH and belongs to carboxylic acids, from 30 to 69.45 wt % pf oligomers of mono- and diacrylates, from 0.5 to 25 wt % of nanoparticles of oxides of zinc, or silicon, or titanium or metal sulphides ZnS or CdS, covered or non-covered with organic envelopes and having size from 2 to 30 nm, from 0.05 to 5 wt % of photopolymerisation initiator.
EFFECT: increased value of refraction index modulation, increase of diffraction efficiency to 60% and increase of obtained photopolymerisation-able film thickness to 30 mcm, which is provided due to application in composition of highly-refractive nanoparticles, photostimulated diffusion of which creates refraction index modulation.
3 cl, 3 tbl, 8 ex

Description

Изобретения относятся к органическим светочувствительным регистрирующим средам, а именно к способам получения фотополимеризационноспособных пленок для записи голограмм, а также к композициям и способам их получения для изготовления вышеуказанных пленок. Предлагаемая фотополимеризационноспособная пленка формирует изображение за счет изменения показателя преломления при экспозиции активирующим облучением ультрафиолетового и видимого света с длиной волны 325-550 нм.The invention relates to organic photosensitive recording media, and in particular to methods for producing photopolymerization films for recording holograms, as well as to compositions and methods for their preparation for the manufacture of the above films. The proposed photopolymerization film forms an image due to a change in the refractive index upon exposure to the activation of irradiation with ultraviolet and visible light with a wavelength of 325-550 nm.

Известны композиции для фотополимеризационноспособной пленки и способы получения фотополимерных пленок для записи голограмм. Их можно разделить на три основные категории: жидкие покрытия, содержащие фотоинициатор и мономеры, составы для сухих пленок, содержащие фотоинициирующую систему, мономер и связующий полимерный компонент, формирующий пленку, и составы для сухих пленок, содержащие сшивающий полимер и фотосенсибилизатор или инициатор.Known compositions for photopolymerization films and methods for producing photopolymer films for recording holograms. They can be divided into three main categories: liquid coatings containing a photoinitiator and monomers, compositions for dry films containing a photoinitiating system, a monomer and a binder polymer component forming a film, and compositions for dry films containing a crosslinking polymer and a photosensitizer or initiator.

Известны композиция для фотополимеризационноспособной пленки, способ ее получения и способ изготовления фотополимеризационноспособной пленки для записи голограмм (патент РФ №2325680 от 22.04.2004, МПК G03F 7/031, G03F 7/028, G03F 7/033, G02B 5/32). Композиция фотополимеризующейся регистрирующей среды состоит из ненасыщенного соединения, способного к ион-радикальной фотополимеризации; системы, обеспечивающей фотоактивацию излучением в спектральной области 400-600 нм и состоящей из фотохромного соединения и соинициатора. Композиция содержит фотохромное соединение с большим временем жизни фотоиндуцированной формы или термически необратимое фотохромное соединение и, необязательно, полимерное связующее, пластификатор и неполимеризационноспособную органическую жидкость с большим показателем преломления.Known composition for photopolymerization film, a method for its production and a method of manufacturing a photopolymerization film for recording holograms (RF patent No. 2325680 dated 04/22/2004, IPC G03F 7/031, G03F 7/028, G03F 7/033, G02B 5/32). The composition of the photopolymerizable recording medium consists of an unsaturated compound capable of ion-radical photopolymerization; a system providing photoactivation by radiation in the spectral region of 400-600 nm and consisting of a photochromic compound and a co-initiator. The composition contains a photochromic compound with a long photoinduced form life or a thermally irreversible photochromic compound and, optionally, a polymeric binder, a plasticizer and a non-polymerization organic liquid with a high refractive index.

Способ получения композиции заключается в приготовлении раствора твердого фотохромного соединения ФНХ 1 в N-винилпирролидоне и в добавлении в полученный раствор смеси полимеризационноспособных соединений (ОКМ-2 и ТАТМТ), а также соинициатора ДМЭА. Полученный раствор тщательно перемешивали и вакуумировали.The method for preparing the composition consists in preparing a solution of the solid photochromic compound ФНХ 1 in N-vinylpyrrolidone and adding to the resulting solution a mixture of polymerization compounds (OKM-2 and TATMT), as well as a DMEA co-initiator. The resulting solution was thoroughly mixed and evacuated.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки включает нанесение приготовленного раствора на лавсановую пленку с разделительной прокладкой заданной толщины и покрытие ее сверху второй лавсановой пленкой. В результате получали триплексный материал.A method for producing a photopolymerization-capable film includes applying the prepared solution to an Mylar film with a dividing pad of a given thickness and coating it on top with a second Mylar film. The result was triplex material.

Недостатки известной композиции-аналога для фотополимеризационноспособной пленки: наличие пластификатора и неполимеризационноспособной органической жидкости с большим показателем преломления предопределяют диффузию после записи и деградацию записанной голограммы, особенно при повышенных температурах. Использование сложной системы фотоактивации, состоящей из фотохромного соединения и соинициатора, и наличие полимерного связующего усложняет технологическую цепочку.The disadvantages of the known analogue composition for photopolymerization film: the presence of a plasticizer and non-polymerization organic liquid with a high refractive index determine the diffusion after recording and degradation of the recorded hologram, especially at elevated temperatures. The use of a complex photoactivation system, consisting of a photochromic compound and a co-initiator, and the presence of a polymer binder complicates the process chain.

Недостаток способа получения композиции - это использование растворителей, что, несмотря на вакуумирование, предопределят наличие в пленках остаточных растворителей, а, значит, их диффузию после записи и деградацию записанной голограммы, особенно при повышенных температурах.The disadvantage of the method of obtaining the composition is the use of solvents, which, despite evacuation, will determine the presence of residual solvents in the films, and, therefore, their diffusion after recording and degradation of the recorded hologram, especially at elevated temperatures.

Недостатком известного способа получения фотополимеризационноспособных пленок для записи голограмм являлось то, что фотополимеризующийся слой помещался между двумя лавсановыми пленками, разделенными полимерной прокладкой толщиной 0,5 мм, центральная часть которой была вырезана и заполнена фотополимеризующейся композицией. Подобный способ не гарантирует одинаковой толщины получаемых пленок. Разнотолщинность нежелательна для голографической пленки, поскольку при разной толщине будет различный набег фазы, и, следовательно, хаотическая модуляция яркости записанной голограммы.A disadvantage of the known method for producing photopolymerization-capable films for recording holograms was that the photopolymerizable layer was placed between two Dacron films separated by a 0.5 mm thick polymer gasket, the central part of which was cut out and filled with a photopolymerizable composition. A similar method does not guarantee the same thickness of the resulting films. The thickness difference is undesirable for a holographic film, since at different thicknesses there will be a different phase incursion, and, therefore, chaotic modulation of the brightness of the recorded hologram.

Известная композиция для фотополимеризационноспособной пленки, способ получения композиции и способ получения вышеуказанной пленки выбраны в качестве прототипа (патент РФ № 2331095 от 8.12.2006, МПК G03F 7/028,G03F 7/033).The known composition for a photopolymerization film, the method for producing the composition and the method for producing the above film are selected as a prototype (RF patent No. 2331095 from 8.12.2006, IPC G03F 7/028, G03F 7/033).

Композиция для сухой фотополимеризационноспособной пленки представляет собой жидкий акриловый мономер с одной (мета)акриловой группой; бифункциональный акриловый олигомер с двумя (мета)акриловыми группами; термопластический линейный полимер; фотоинициатор полимеризации при активирующем облучении света с длиной волны 350-400 нм; низкокипящий растворитель; растворитель, растворяющий термопластический полимерсвязующий компонент.The composition for a dry photopolymerization film is a liquid acrylic monomer with one (meta) acrylic group; bifunctional acrylic oligomer with two (meta) acrylic groups; thermoplastic linear polymer; photoinitiator of polymerization by activating irradiation of light with a wavelength of 350-400 nm; low boiling solvent; solvent, dissolving thermoplastic polymer-binding component.

Недостатком композиции прототипа является наличие термопластического линейного полимера, что усложняет технологическую цепочку и понижает термостабильность готовой голограммы.The disadvantage of the composition of the prototype is the presence of a thermoplastic linear polymer, which complicates the process chain and reduces the thermal stability of the finished hologram.

Способ получения композиции включает приготовление растворов путем добавления компонентов в растворитель и последующее перемешивание магнитной мешалкой до полного растворения.A method of obtaining a composition includes preparing solutions by adding components to a solvent and then stirring with a magnetic stirrer until completely dissolved.

Недостатком способа получения композиции прототипа является использование растворителей в классических фотополимерах для приготовления пленок из них, что предопределяет наличие в пленках остаточных растворителей, а следовательно, их диффузию после записи и деградацию записанной голограммы, особенно при повышенных температурах.The disadvantage of the method of obtaining the composition of the prototype is the use of solvents in classical photopolymers for the preparation of films from them, which determines the presence of residual solvents in the films, and therefore their diffusion after recording and degradation of the recorded hologram, especially at elevated temperatures.

Способ получения сухой фотополимеризационноспособной пленки заключается в нанесении композита из низкокипящего растворителя с помощью центрифуги. Растворы наносятся на стеклянную подложку при скорости вращения подложки 8 об/мин с использованием аппликатора и ламинирующей установки. Затем пленка сушится под фольгой при комнатной температуре и окончательно - при 70°С.A method of obtaining a dry photopolymerization film consists in applying a composite of a low boiling solvent using a centrifuge. The solutions are applied to the glass substrate at a substrate rotation speed of 8 rpm using an applicator and a laminating machine. Then the film is dried under the foil at room temperature and finally at 70 ° C.

Недостатком способа получения фотополимерных пленок для записи голограмм методом центрифугирования является ограничение по толщине получаемых пленок, не более 5 мкм.The disadvantage of the method of producing photopolymer films for recording holograms by centrifugation is the limitation on the thickness of the obtained films, not more than 5 microns.

Группа изобретений решает задачу повышения величины модуляции показателя преломления, повышения дифракционной эффективности и увеличения толщины получаемой фотополимеризационноспособной пленки.The group of inventions solves the problem of increasing the modulation of the refractive index, increasing the diffraction efficiency and increasing the thickness of the obtained photopolymerization film.

Поставленная задача достигается использованием фотополимеризующейся мономерной композиции, наполненной наночастицами, фотоиндуцированное перемещение которых приводит к значительной величине Δη в результате значительного различия показателя преломления наночастиц и матрицы, а полимеризация - к фиксированию записанной голограммы.The problem is achieved by using a photopolymerizable monomer composition filled with nanoparticles, the photoinduced movement of which leads to a significant value of Δη as a result of a significant difference in the refractive index of the nanoparticles and the matrix, and polymerization - to fix the recorded hologram.

Жидкая композиция для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, которая формирует изображение за счет модуляции показателя преломления при экспозиции активирующим облучением с длиной волны 325-550 нм, содержит смесь от 30 до 69,45 вес.% жидкого акрилового мономера, имеющего, по крайней мере, одну кислотную группу СООН и относящегося к карбоновым кислотам и от 30 до 69,45 вес.% олигомеров моно- и ди-акрилатов, от 0,5 до 25 вес.% одного из видов наночастиц ZnO, SiO2, ТiО2, ZnS, CdS, покрытых или не покрытых органическими оболочками и имеющих размер от 2 до 30 нм, а также от 0,05 до 5 вес.% инициатора фотополимеризации, в качестве которого используют 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон или бис-(5-2,4-циклопентадиен-1 -ил)бис-[2,6-дифтор-3-(1 Н-пиррол-1 -ил)фенил]титан.The liquid composition for producing a photopolymerization film for recording a hologram, which forms an image by modulating the refractive index upon exposure to activating radiation with a wavelength of 325-550 nm, contains a mixture of from 30 to 69.45 wt.% Liquid acrylic monomer having at least , one acid group of COOH and related to carboxylic acids and from 30 to 69.45 wt.% oligomers of mono- and di-acrylates, from 0.5 to 25 wt.% of one of the types of nanoparticles ZnO, SiO 2 , TiO 2 , ZnS , CdS, whether or not coated with organic shells sizes ranging from 2 to 30 nm, as well as from 0.05 to 5 wt.% photopolymerization initiator, which is used as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone or bis- (5-2,4-cyclopentadiene-1-yl ) bis- [2,6-difluoro-3- (1 H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium.

Способ получения вышеупомянутой жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки включает смешивание и нагрев вышеуказанной жидкой композиции и постоянное перемешивание 2 часа при t=90°С, затем при постоянном помешивании при t=90С в нагретую жидкую композицию порционно вводят указанное количество наночастиц из указанного перечня до получения прозрачного раствора, после полного диспергирования наночастиц в мономерной смеси жидкой композиции проводят постоянное перемешивание в течение 1 часа при t=90°С, добавляют указанное количество инициатора фотополимеризации, и жидкую композицию перемешивают в течение 1 час при температуре t=90°C, полученную композицию сохраняют в термостате при t=40°С.A method of obtaining the aforementioned liquid composition for producing a photopolymerization film includes mixing and heating the above liquid composition and stirring for 2 hours at t = 90 ° C, then, with constant stirring at t = 90 ° C, the indicated amount of nanoparticles from the above list is portionwise introduced into the heated liquid composition to obtain a clear solution, after complete dispersion of the nanoparticles in the monomer mixture of the liquid composition, continuous stirring is carried out for 1 hour at t = 90 ° C, add annoe amount of photopolymerization initiator, and a liquid formulation was stirred for 1 hour at the temperature t = 90 ° C, the resulting composition was stored in a thermostat at t = 40 ° C.

Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы включает нанесение вышеуказанной жидкой композиции в виде капли на полимерную полиэстеровую пленку, закрывание ее другой такой же пленкой и прокатывании ее между вальцами при температуре от+20 до+60° С.A method of obtaining a photopolymerization film for recording a hologram includes applying the above liquid composition in the form of a drop on a polymer polyester film, covering it with another same film and rolling it between the rollers at a temperature of + 20 to + 60 ° C.

Сущность заявляемых изобретений поясняется следующим.The essence of the claimed invention is illustrated by the following.

В результате проведенных научных исследований найдены основные факторы, оказывающие влияние на оптические и другие важные эксплуатационные свойства пленки.As a result of scientific research, the main factors that influence the optical and other important operational properties of the film are found.

Первый важный фактор - химическая структура акриловых компонентов. Необходимым условием стабилизации наночастиц является наличие кислотных групп хотя бы у одного из компонентов композиции.The first important factor is the chemical structure of acrylic components. A necessary condition for the stabilization of nanoparticles is the presence of acid groups in at least one of the components of the composition.

Второй фактор, который влияет на качестве пленки, - условия введения наночастиц в композицию, обеспечивающие десорбцию воды с их поверхности и адсорбцию акрилатов.The second factor that affects the quality of the film is the conditions for introducing nanoparticles into the composition, which ensure desorption of water from their surface and adsorption of acrylates.

Третий фактор, который влияет на качество пленки, - метод инициирования трехмерной радикальной полимеризации акриловых компонентов, определяющий скорость инициирования, концентрацию свободных радикалов, константы скорости процесса полимеризации.The third factor that affects the quality of the film is the method of initiating three-dimensional radical polymerization of acrylic components, which determines the initiation rate, concentration of free radicals, and rate constants of the polymerization process.

Для решения поставленной задачи необходимо осуществить синтез нанокомпозитов, подходящих для получения фотополимеризационноспособной пленки, создать гомогенную композицию из вышеупомянутых акриловых компонентов и наночастиц, выбрать фотоинициатор радикальной полимеризации вышеупомянутых акриловых компонентов при экспозиции активирующим излучением с длиной волны в области 325-550 нм.To solve this problem, it is necessary to synthesize nanocomposites suitable for producing a photopolymerization film, create a homogeneous composition of the aforementioned acrylic components and nanoparticles, choose a photoinitiator of radical polymerization of the aforementioned acrylic components when exposed to activating radiation with a wavelength in the region of 325-550 nm.

В предлагаемых изобретениях для достижения необходимых свойств вышеупомянутой фотополимеризационноспособной нанокомпозиционной пленки используется композиция полимеризационноспособных компонентов и наночастиц. В общем виде композиция состоит из:In the proposed inventions, in order to achieve the necessary properties of the aforementioned photopolymerization-capable nanocomposite film, a composition of polymerization-capable components and nanoparticles is used. In general terms, the composition consists of:

- смеси мономеров,- mixtures of monomers,

- наночастиц (ZnO, SiO2 и ТiO2),- nanoparticles (ZnO, SiO 2 and TiO 2 ),

- инициатора фотополимеризации.- initiator of photopolymerization.

Смесь мономеров выполняет роль матрицы, в которой происходит распределение наночастиц и наблюдается их стабилизация. Карбоновые кислоты (2-карбоксиэтилакрилат или карбоновая кислота ) активно взаимодействуют с наночастицами и модифицируют их поверхность таким образом, что позволяют улучшить совместимость неорганических наночастиц с органической акриловой матрицей. Наличие в растворе мономера бисфенол А глицеролата позволяет сформировать полимерную сетку. Мономер феноксиэтилакрилат, относящийся к акриловым олигомерам, выступает в роли модификатора смеси акриловых мономеров, позволяющего варьировать вязкость смеси, и, таким образом, можно влиять на скорость фотоиндуцированной диффузии наночастиц при записи. Важно, что феноксиэтилакрилат совместим с бисфенол А глицеролат и карбоновыми кислотами, но не взаимодействует с наночастицами. Показатель преломления наночастиц существенно отличается от показателя преломления мономерной матрицы, что определяет значительную величину модуляции показателя преломления при перераспределении наночастиц.A mixture of monomers plays the role of a matrix in which the distribution of nanoparticles occurs and their stabilization is observed. Carboxylic acids (2-carboxyethyl acrylate or carboxylic acid) actively interact with nanoparticles and modify their surface in such a way that they improve the compatibility of inorganic nanoparticles with an organic acrylic matrix. The presence of glycerolate bisphenol A monomer in the solution allows the formation of a polymer network. The phenoxyethyl acrylate monomer related to acrylic oligomers acts as a modifier of the mixture of acrylic monomers, which allows the viscosity of the mixture to be varied, and thus, the rate of photoinduced diffusion of nanoparticles during recording can be affected. It is important that phenoxyethyl acrylate is compatible with bisphenol A glycerolate and carboxylic acids, but does not interact with nanoparticles. The refractive index of nanoparticles is significantly different from the refractive index of the monomer matrix, which determines a significant modulation of the refractive index during the redistribution of nanoparticles.

Для приготовления составов были использованы следующие мономеры: The following monomers were used to prepare the formulations:

1. 2-карбоксиэтилакрилат (Aldrich № 552348, 2Car)1.2-carboxyethyl acrylate (Aldrich No. 552348, 2Car)

Figure 00000001
Figure 00000001

2. Акриловая кислота (Aldrich № 147230, АсАс)2. Acrylic acid (Aldrich No. 147230, AcAc)

Figure 00000002
Figure 00000002

3. Бисфенол А глицеролат (Aldrich №41, 116-7, BisA)3. Bisphenol A glycerolate (Aldrich No. 41, 116-7, BisA)

Figure 00000003
Figure 00000003

4. Феноксиэтилакрилат (Aldrich №40, 833-6, PEA)4. Phenoxyethyl acrylate (Aldrich No. 40, 833-6, PEA)

Figure 00000004
Figure 00000004

Исследования показали: любой известный инициатор радикальной полимеризации может использоваться для отверждения жидкой фотополимеризационноспособной композиции по данному изобретению. Конкретные инициаторы, обеспечивающие наилучшие характеристики записи для конкретных областей спектра:Studies have shown that any known radical polymerization initiator can be used to cure the liquid photopolymerization composition of this invention. Specific initiators providing the best recording characteristics for specific areas of the spectrum:

1. In2 - 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон (Aldrich No.19, 611-8), излучение 320-380 нм.1. In2 - 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (Aldrich No.19, 611-8), radiation 320-380 nm.

2. Irgacure 784 (Irg) - бис-(4-циклопентадиен-1-ил)-бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан, излучение 440-532 нм.2. Irgacure 784 (Irg) - bis- (4-cyclopentadien-1-yl) -bis- [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium, radiation 440-532 nm.

Наночастицы:Nanoparticles:

1. Оксид цинка (ZnO), размер 30 нм. На основе ZnO наночастиц были получены композиты, позволяющие получить элементы с наибольшей дифракционной эффективностью.1. Zinc oxide (ZnO), size 30 nm. Composites were obtained based on ZnO nanoparticles, which made it possible to obtain elements with the highest diffraction efficiency.

2. Оксид кремнияi (Aldrich №066К0110, SiO2), размер 14 нм. На основе SiO2 наночастиц были получены композиты, позволяющие получить голограммы с термостабильностью до 150°С.2. Silicon oxide i (Aldrich No. 066К0110, SiO 2 ), size 14 nm. Composites were obtained on the basis of SiO 2 nanoparticles, which made it possible to obtain holograms with thermal stability up to 150 ° C.

Соотношение компонентов в фотополимеризационноспособной композиции представлено в таблице составов.The ratio of the components in the photopolymerization composition is presented in the composition table.

Figure 00000005
Figure 00000005

Пример 1. Способ приготовление композиции 2Car/BisA/ ZnOExample 1. The method of preparation of the composition 2Car / BisA / ZnO

Основные компоненты - 9,95 вес.% ZnO наночастицы, 62,69 вес.% 2Car, 26,86 вес.% BisA, 0,5 вес.% Irgacure 784.The main components are 9.95 wt.% ZnO nanoparticles, 62.69 wt.% 2Car, 26.86 wt.% BisA, 0.5 wt.% Irgacure 784.

При t=90°C производится постоянное перемешивание композиции 2Car/BisA в течение 2 ч. Затем при постоянном помешивании при t=90°С в смесь небольшими порциями вводятся 9,95 вес.% ZnO до полного растворения в смеси мономеров с образованием прозрачного раствора. Полученный состав с момента полного растворения наночастиц перемешивают 2 ч при температуре t=90°C. Добавляется необходимый инициатор и перемешивается 1 час при t=90°С. Инициатор бис-(4-циклопентадиен-1-ил)-бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан (Irgacure 784) для лучшей растворимости перед введением в смесь можно предварительно растворить в хлористом метилене.At t = 90 ° C, the 2Car / BisA composition is constantly stirred for 2 hours. Then, with constant stirring at t = 90 ° C, 9.95 wt.% ZnO are introduced into the mixture in small portions until completely dissolved in the monomer mixture to form a clear solution . The resulting composition from the moment of complete dissolution of the nanoparticles is stirred for 2 hours at a temperature of t = 90 ° C. The necessary initiator is added and mixed for 1 hour at t = 90 ° C. The initiator bis- (4-cyclopentadiene-1-yl) -bis- [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium (Irgacure 784) can be pre-dissolved before being added to the mixture for better solubility in methylene chloride.

Пример 2. Приготовление состава 2Car/BisA/PEA/ZnOExample 2. Preparation of 2Car / BisA / PEA / ZnO

Основные компоненты - 9,95 вес % ZnO наночастицы, 49,25 вес.% 2Car, 22,39 вес.% BisA, 17,91 вес.% PEA, 0,5 вес.% Irgacure 784.The main components are 9.95% by weight ZnO nanoparticles, 49.25% by weight 2Car, 22.39% by weight BisA, 17.91% by weight PEA, 0.5% by weight Irgacure 784.

При t=90°C в производится перемешивание 2Car/BisA в течение 2 ч. Затем при постоянном помешивании при t=90°С в смесь небольшими порциями вводятся 9,95 вес.% ZnO до полного растворения в смеси мономеров с образованием прозрачного раствора. Полученный состав с момента полного растворения наночастиц перемешивают 1 ч при температуре t=90°C. Далее добавляется PEA и тщательно перемешивается 1 ч при температуре t=90°C. Далее добавляется инициатор, перемешивается 1 час при t=90°С. Инициатор бис-(4-циклопентадиен-1-ил)-бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан (Irgacure 784) для лучшей растворимости перед введением в смесь можно предварительно растворить в хлористом метилене.At t = 90 ° C, 2Car / BisA is stirred for 2 hours. Then, with constant stirring at t = 90 ° C, 9.95 wt.% ZnO are introduced into the mixture in small portions until completely dissolved in the monomer mixture to form a clear solution. The resulting composition from the moment of complete dissolution of the nanoparticles is stirred for 1 h at a temperature of t = 90 ° C. Next, PEA is added and thoroughly mixed for 1 h at a temperature of t = 90 ° C. Next, the initiator is added, mixed for 1 hour at t = 90 ° C. The initiator bis- (4-cyclopentadiene-1-yl) -bis- [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium (Irgacure 784) can be pre-dissolved before being added to the mixture for better solubility in methylene chloride.

Пример 3. Приготовление составов 2Car/BisA/PEA/SiO2 Example 3. Preparation of 2Car / BisA / PEA / SiO 2 Formulations

Основные компоненты - 8,95 вес.% SiO2 наночастицы, 49,80 вес.% 2Car, 22,64 вес. % BisA, 18,11 вес.% PEA, 0,5 вес.% Irgacure 784.The main components are 8.95 wt.% SiO 2 nanoparticles, 49.80 wt.% 2Car, 22.64 wt. % BisA, 18.11 wt.% PEA, 0.5 wt.% Irgacure 784.

При t=90°C производится перемешивание 2Car/BisA в течение 2 ч. Затем при постоянном помешивании при t=90°С в смесь небольшими порциями вводятся 8,95 вес.% SiO2 до полного растворения в смеси мономеров с образованием прозрачного раствора. Полученный состав с момента полного растворения наночастиц перемешивают 1 ч при температуре t=90°С. Далее добавляется PEA и тщательно перемешивается 1 ч при температуре t=90°С. Далее добавляется инициатор, перемешивается 1 час при t=90°С. Инициатор бис-(4-циклопентадиен-1-ил)-бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан (Irgacure 784) для лучшей растворимости перед введением в смесь можно предварительно растворить в хлористом метилене.At t = 90 ° C, 2Car / BisA is stirred for 2 hours. Then, with constant stirring at t = 90 ° C, 8.95 wt.% SiO 2 are introduced into the mixture in small portions until completely dissolved in the monomer mixture to form a clear solution. The resulting composition from the moment of complete dissolution of the nanoparticles is stirred for 1 h at a temperature of t = 90 ° C. Next, PEA is added and thoroughly mixed for 1 h at a temperature of t = 90 ° C. Next, the initiator is added, mixed for 1 hour at t = 90 ° C. The initiator bis- (4-cyclopentadiene-1-yl) -bis- [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium (Irgacure 784) can be pre-dissolved before being added to the mixture for better solubility in methylene chloride.

Пример получения фотополимеризационноспособной пленкиAn example of obtaining a photopolymerization film

Наносим вышеуказанную фотополимеризационноспособную композицию (пример 1) в виде капли на полимерную полиэстеровую пленку, закрываем ее другой такой же пленкой и прокатываем ее между вальцами при температуре от +25°С.We apply the above photopolymerization-friendly composition (example 1) in the form of a drop on a polymer polyester film, cover it with another same film and roll it between the rollers at a temperature of + 25 ° С.

Описание голографической записи периодических структур на разработанных нанокомпозитах.Description of the holographic recording of periodic structures on the developed nanocomposites.

Материалы (с инициаторами In2 и Irgacure 784) экспонировали излучением гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40(И) с длинами волн 325 нм 442 нм, выходной мощностью 15 и 50 мВт при плотности энергии 3·10-2 Дж/см2, при углах между интерферирующими пучками 3°-45°, длительностях экспозиций 2-700 с, толщинах слоев 20-100 мкм. Получали пропускающие голограммы и дифракционную эффективность определяли отношением интенсивности излучения в первом порядке дифракции к интенсивности падающего излучения на длине волны 633 нм. После записи в интерференционном поле (экспонирование) проводили засветку ртутной лампой в течение пяти минут. Дифракционную эффективность определяли после записи в интерференционном поле или после записи и засветки ртутной лампой. Проверяли стабильность голограмм при термообработке в условиях, характерных для ламинирования (150°С в течение 5 мин).Materials (with In2 and Irgacure 784 initiators) were exposed to radiation from a GKL-40 (I) helium-cadmium laser with wavelengths of 325 nm 442 nm, an output power of 15 and 50 mW at an energy density of 3 · 10 -2 J / cm 2 , at angles between interfering beams 3 ° -45 °, exposure durations 2-700 s, layer thicknesses 20-100 microns. Transmit holograms were obtained and diffraction efficiency was determined by the ratio of the radiation intensity in the first diffraction order to the incident radiation intensity at a wavelength of 633 nm. After recording in the interference field (exposure), a mercury lamp was illuminated for five minutes. Diffraction efficiency was determined after recording in an interference field or after recording and exposure to a mercury lamp. Checked the stability of holograms during heat treatment under conditions characteristic of lamination (150 ° C for 5 min).

В нижеуказанных примерах приведены результаты голографической записи, проведенной на разработанных нанокомпозитах.The following examples show the results of a holographic recording carried out on developed nanocomposites.

Пример 1Example 1

1. Записывались голограммы плоских волн. Для записи материалы (с введением инициатора In2) экспонировали излучением гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40(И) с длиной волны 325 нм, выходной мощностью 15 мВт при плотности энергии 10-2 Дж/см2, при изменении угла между интерферирующими пучками в диапазоне 3°-45°, длительностях экспозиций 2-600 с, толщинах слоя 20-100 мкм. Дифракционную эффективность определяли отношением интенсивности излучения в первом порядке дифракции к интенсивности падающего излучения на длине волны 633 нм.1. Holograms of plane waves were recorded. For recording, materials (with the introduction of the In2 initiator) were exposed to the radiation of a GKL-40 (I) helium-cadmium laser with a wavelength of 325 nm, an output power of 15 mW at an energy density of 10 -2 J / cm 2 , when the angle between the interfering beams varies in the range 3 ° -45 °, exposure durations 2-600 s, layer thicknesses 20-100 microns. Diffraction efficiency was determined by the ratio of the radiation intensity in the first diffraction order to the intensity of the incident radiation at a wavelength of 633 nm.

Пример 2Example 2

2. Материалы (с инициатором Irgacure 784) экспонировали излучением гелий-кадмиевого лазера ГКЛ-40(И) с длиной волны 442 нм, выходной мощностью 50 мВт при плотности энергии 3·10-2 Дж/см2, при углах между интерферирующими пучками 3°-45°, длительностях экспозиций 2-700 с, толщинах слоев 20-100 мкм. Получали пропускающие голограммы и определяли дифракционную эффективность по п. 12. Materials (with initiator Irgacure 784) were exposed to the radiation of a GKL-40 (I) helium-cadmium laser with a wavelength of 442 nm, an output power of 50 mW at an energy density of 3 · 10 -2 J / cm 2 , at angles between interfering beams 3 ° -45 °, exposure durations 2-700 s, layer thicknesses 20-100 microns. Received transmitting holograms and determined diffraction efficiency according to claim 1

Пример 3Example 3

3. Материалы экспонировали (по п.п. 1, 2), дифракционную эффективность определяли после экспонирования3. Materials were exposed (by items 1, 2), diffraction efficiency was determined after exposure

Пример 4Example 4

4. Материалы экспонировали (по пп. 1, 2) и засвечивали УФ-излучением ртутной лампы с длиной волны 365 нм при освещенности 10 Вт/м2 в течение 5 мин, дифракционную эффективность определяли после засветки.4. The materials were exposed (in paragraphs 1, 2) and exposed to UV radiation of a mercury lamp with a wavelength of 365 nm at an illumination of 10 W / m 2 for 5 min, diffraction efficiency was determined after exposure.

Пример 5Example 5

5. Материалы экспонировали (по пп. 1, 2), засвечивали УФ-излучением (по п. 4), прогревали при температуре 150°С в течение 5 мин, дифракционную эффективность определяли после прогрева.5. The materials were exposed (according to claims 1, 2), exposed to UV radiation (according to claims 4), warmed up at a temperature of 150 ° С for 5 minutes, diffraction efficiency was determined after heating.

В таблице 1 приведены максимальные значения дифракционной эффективности для пропускающих голограмм, полученных по пп. 3-5.Table 1 shows the maximum values of diffraction efficiency for transmission holograms obtained according to paragraphs. 3-5.

В таблице 2 - величины чувствительности материалов при различной длине волны экспонирования и концентрации инициатора.Table 2 shows the sensitivity values of materials at different exposure wavelengths and initiator concentrations.

Figure 00000006
Figure 00000006

Таким образом, заявляемый способ получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, композиция для получения вышеуказанной пленки и способ получения этой композиции обеспечивают запись голограммы, не требующей обработки после экспонирования, обладающей большой величиной Δn и, следовательно, обеспечивающей достаточно высокое значение дифракционной эффективности до 60% при толщине 30 мкм.Thus, the inventive method for producing a photopolymerization film for recording a hologram, a composition for producing the above film, and a method for producing this composition provide a hologram that does not require post-exposure processing with a large Δn and, therefore, a sufficiently high diffraction efficiency of up to 60% at 30 microns thick.

Фотополимеризационная пленка и записанные на ней голограммы имеют ряд дополнительных преимуществ по сравнению с известными материалами - высокая термостойкость, необходимая для ламинирования. Записанная голограмма выдерживает нагрев до 150°С в течение 5 минут без потери дифракционной эффективности. Это достигается отсутствием термопластических компонентов в композиции и необратимым фотоиндуцированным перемещением наночастиц, фиксируемых при поперечной сшивке материала.The photopolymerization film and the holograms recorded on it have a number of additional advantages compared to the known materials - the high heat resistance required for lamination. The recorded hologram withstands heating up to 150 ° C for 5 minutes without loss of diffraction efficiency. This is achieved by the absence of thermoplastic components in the composition and the irreversible photoinduced movement of nanoparticles, fixed during cross-linking of the material.

Влагостойкость композиции существенно выше, чем у известных голографических полимеров, по причине отсутствия в составе композиции гидрофильных и наличия неорганических наночастиц, химически связанных с полимером.The moisture resistance of the composition is significantly higher than that of known holographic polymers, due to the lack of hydrophilic in the composition and the presence of inorganic nanoparticles chemically bonded to the polymer.

Claims (3)

1. Жидкая композиция для получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, которая формирует изображение за счет модуляции показателя преломления при экспозиции активирующим облучением с длиной волны 325-550 нм, содержащая смесь жидкого акрилового мономера и акрилового олигомера, а также инициатор фотополимеризации, отличающаяся тем, что содержит от 30 до 69,45 вес. % жидкого акрилового мономера, имеющего по крайней мере одну кислотную группу СООН и относящегося к карбоновым кислотам, от 30 до 69,45 вес. % олигомеров моно- и диакрилатов, от 0,5 до 25 вес.% наночастиц оксидов ZnO, или SiO2, или ТiO2 или сульфидов металлов ZnS или CdS, покрытых или не покрытых органическими оболочками и имеющих размер от 2 до 30 нм, от 0,05 до 5 вес.% инициатора фотополимеризации, в качестве которого используют 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон или бис-(5-2,4-циклопентадиен-1-ил)бис-[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан.1. A liquid composition for producing a photopolymerization film for recording a hologram, which forms an image by modulating the refractive index during exposure by activating radiation with a wavelength of 325-550 nm, containing a mixture of liquid acrylic monomer and acrylic oligomer, as well as a photopolymerization initiator, characterized in that contains from 30 to 69.45 weight. % liquid acrylic monomer having at least one acid group COOH and related to carboxylic acids, from 30 to 69.45 weight. % oligomers of mono- and diacrylates, from 0.5 to 25 wt.% nanoparticles of ZnO, or SiO 2 , or TiO 2 oxides or metal sulfides ZnS or CdS, coated or not coated with organic shells and having a size of from 2 to 30 nm, from 0.05 to 5 wt.% Photopolymerization initiator, which is used as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone or bis- (5-2,4-cyclopentadiene-1-yl) bis- [2,6-difluoro-3 - (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium. 2. Способ получения жидкой композиции для получения фотополимеризационноспособной пленки по п.1, включающий смешивание вышеуказанных компонентов, отличающийся тем, что производят нагрев вышеуказанной жидкой композиции и постоянное перемешивание 2 часа при t=90°С, затем при постоянном помешивании при t=90°С в нагретую жидкую композицию порционно вводят указанное количество наночастиц из указанного перечня до получения прозрачного раствора, после полного диспергирования наночастиц в мономерной смеси жидкой композиции проводят постоянное перемешивание в течение 1 часа при t=90°С, добавляют указанное количество инициатора фотополимеризации, и жидкую композицию перемешивают в течение 1 часа при температуре t=90°C.2. The method of producing a liquid composition for producing a photopolymerization film according to claim 1, comprising mixing the above components, characterized in that the above liquid composition is heated and constantly stirred for 2 hours at t = 90 ° C, then with constant stirring at t = 90 ° C, the indicated amount of nanoparticles from the specified list is portionwise introduced into the heated liquid composition until a clear solution is obtained; after the nanoparticles are completely dispersed in the monomer mixture of the liquid composition, a constant stirring for 1 hour at t = 90 ° C, add the indicated amount of photopolymerization initiator, and the liquid composition is stirred for 1 hour at a temperature of t = 90 ° C. 3. Способ получения фотополимеризационноспособной пленки для записи голограммы, включающий нанесение на подложку жидкой композиции и прокатку между вальцами, отличающийся тем, что жидкую композицию по п.1 наносят в виде капли на полимерную полиэстеровую пленку, закрывают ее другой такой же пленкой, а между вальцами прокатывают при температуре от +20 до +60°С. 3. A method of producing a photopolymerization film for recording a hologram, comprising applying a liquid composition to a substrate and rolling between rollers, characterized in that the liquid composition according to claim 1 is applied in the form of a droplet onto a polymer polyester film, closed with another same film, and between the rollers rolled at a temperature of +20 to + 60 ° C.
RU2013123700/04A 2013-05-23 2013-05-23 Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film RU2541521C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013123700/04A RU2541521C2 (en) 2013-05-23 2013-05-23 Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013123700/04A RU2541521C2 (en) 2013-05-23 2013-05-23 Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013123700A RU2013123700A (en) 2014-11-27
RU2541521C2 true RU2541521C2 (en) 2015-02-20

Family

ID=53289112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013123700/04A RU2541521C2 (en) 2013-05-23 2013-05-23 Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2541521C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574723C1 (en) * 2015-03-30 2016-02-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) Liquid composition of photopolymerisation-capable film for hologram recording, composition obtaining method
RU2747130C1 (en) * 2020-07-06 2021-04-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method
RU2752026C1 (en) * 2020-12-15 2021-07-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Holographic photopolymerisable material

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040146806A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Roberts David H. Photo-imageable nanocomposites
RU2325680C2 (en) * 2004-04-22 2008-05-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд Photopolymer recording media for three-dimensional optical memory for very-large-scale information capacity
RU2331095C1 (en) * 2006-12-08 2008-08-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд "live" polymerised films for hologram construction
RU2458953C1 (en) * 2011-06-30 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ГОУ ВПО "МГУИЭ") Photopolymeric acrylic oligomer-oligomer composition, wear-resistant coating on organic glass for glasing elements of buildings, structures and vehicles based thereon and method of producing wear-resistant coating

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040146806A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Roberts David H. Photo-imageable nanocomposites
RU2325680C2 (en) * 2004-04-22 2008-05-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд Photopolymer recording media for three-dimensional optical memory for very-large-scale information capacity
RU2331095C1 (en) * 2006-12-08 2008-08-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд "live" polymerised films for hologram construction
RU2458953C1 (en) * 2011-06-30 2012-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет инженерной экологии" (ГОУ ВПО "МГУИЭ") Photopolymeric acrylic oligomer-oligomer composition, wear-resistant coating on organic glass for glasing elements of buildings, structures and vehicles based thereon and method of producing wear-resistant coating

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574723C1 (en) * 2015-03-30 2016-02-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) Liquid composition of photopolymerisation-capable film for hologram recording, composition obtaining method
RU2747130C1 (en) * 2020-07-06 2021-04-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method
RU2752026C1 (en) * 2020-12-15 2021-07-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Holographic photopolymerisable material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013123700A (en) 2014-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Bis-chalcone derivatives derived from natural products as near-UV/visible light sensitive photoinitiators for 3D/4D printing
KR101272964B1 (en) Optical component comprising an organic-inorganic hybrid material for producing refractive index gradient layers with high lateral resolution and method for its production
US4970129A (en) Holograms
JP4155771B2 (en) Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording using the same
CN101320208B (en) Reflection holography thin film and preparation method thereof
WO2005109115A1 (en) Hologram recording material and hologram recording medium
JPH06301322A (en) Photosensitive composition for volumetric hologram recording
JPH0619040A (en) Optical recording composition, film and method
WO2008122226A1 (en) Sensitive membrane for reflecting hologram record and preparation method thereof
RU2541521C2 (en) Liquid composition for photopolymerisation-able film for hologram recording, method of composition obtaining, method of obtaining said film
Navarro-Fuster et al. Biophotopol’s energetic sensitivity improved in 300 μm layers by tuning the recording wavelength
JP2008523453A (en) Porous holographic membrane
JP5286661B2 (en) Hologram recording material and hologram recording medium
RU2331095C1 (en) "live" polymerised films for hologram construction
RU2747130C1 (en) Liquid composition for photopolymerizable film for optical recording, composition and production method
KR950006729B1 (en) Holograms
RU2574723C1 (en) Liquid composition of photopolymerisation-capable film for hologram recording, composition obtaining method
CN107045212A (en) Contact lenses using hydrogel films and methods of making same
JP6028456B2 (en) Photosensitive composition for volume hologram recording, photosensitive substrate for volume hologram recording, and volume hologram recording body
RU2626640C1 (en) Photochromatic polymerization-approval composition, photochromic network optical material and method of its production
Burunkova et al. TiO2-acrylate nanocomposites elaborated by UV-curing with tunable properties
CN1967292A (en) A variable optical thin film materials and its preparing method
CN115595001B (en) Photosensitive polymer composition, preparation method thereof and holographic diffraction grating element
RU2325680C2 (en) Photopolymer recording media for three-dimensional optical memory for very-large-scale information capacity
Bivol et al. Study of sensitometric and holographic properties of photoresist media based on carbazole-containing polymers sensitized with triiodomethane and pyran photochromic materials

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200524