Что такое поляризационная пленка

Поляризационная пленка и способ ее получения

Владельцы патента RU 2520938:

Изобретение относится к поляризационным пленкам для видимой области спектра на основе поливинилового спирта (ПВС) и способам их получения. Такие пленки являются важными составными элементами различных оптоэлектронных устройств, включая в первую очередь плоские дисплеи на жидких кристаллах.

Известные в настоящее время поляризационные пленки на основе ПВС делятся на три группы в зависимости от входящего в их состав поляризующего свет компонента: 1) пленки, содержащие полииодидные комплексы; 2) пленки, содержащие дихроичные красители, 3) пленки, в которых цепи ПВС содержат поливиниленовые звенья. Пленки одноосно вытянуты. Одноосная вытяжка создает преимущественную молекулярную ориентацию поляризующих компонентов в направлении оси вытяжки, в результате чего пленка приобретает поляризационные свойства.

Предметом изобретения является поляризационная пленка на основе ПВС, полимерные цепи которого содержат поливниленовые звенья. В основе получения таких пленок лежит кислотно-катализируемая реакция термической дегидратации ПВС, в которой часть поливинилспиртовых звеньев полимерной цепи химически превращаются в поливиниленовые и, как результат, образуется блок-сополимер поливинилового спирта и поливинилена

Поляризационная пленка, состоящая из ориентированных молекул блок-сополимера ПВС и поливинилена, полученного кислотно-катализированной термической дегидратацией ориентированных молекул ПВС, описана в патенте [1].

В предлагаемых в [1] способах получения указанной пленки для катализа термической дегидратации ПВС используют сильные минеральные кислоты: НС1, HI, HBr, H₂SO₄. В одном способе кислоту вводят в неориентированную пленку ПВС, погружая ее в водный раствор кислоты в метаноле или в смеси метанол-вода. Затем пленку подвергают дегидратации путем ее отжига при 150-175°C с одновременной одноосной вытяжкой. В другом способе пленку ПВС сначала ориентируют (вытягивают) в одном направлении, затем вводят в нее кислоту, аналогично первому способу, после чего пленку отжигают при 150-175°C. В процессе отжига кислота, содержащаяся в пленке, катализирует термическую дегидратацию ПВС и одновременно удаляется из пленки в результате испарения.

Известны модификации способов получения поляризационной пленки, описанных в патенте [1], отличающиеся тем, что сильную минеральную кислоту (НО) вводят в пленку, выдерживая ее не в кислотном растворе, а в парах концентрированной (дымящейся) кислоты 3. Дополнительно эти способы включают операции, позволяющие повысить термо- и влагостойкость пленок, а также улучшить их поляризационные характеристики.

Недостатком известных способов 4 является использование больших количеств высоко-коррозийных и опасных по воздействию на человека сильных минеральных кислот. Это накладывает повышенные требования к антикоррозийной защите оборудования и безопасности производства. Другим недостатком способов 2 является то, что динамика испарения кислоты и, соответственно, ее концентрация на разных участках пленки может различаться из-за флуктуации температуры и конвективного движения контактирующих с пленкой паров кислоты. В результате образование поливиниленовых звеньев в структуре ПВС при его дегидратации происходит неравномерно, что приводит к появлению дефектов «полосатости» и «пятнистости» окрашивания пленок в поляризованном свете и делает их непригодными для особо точных оптических применений.

Известны технические решения [5, 6], которые позволяют получать поляризационную пленку путем частичной термической дегидратации ПВС, катализируемой соляной кислотой, без применения больших количеств кислоты, и дают при этом равномерное образование поливиниленовых структур по площади пленки. В способе [5] на несущую пленку из полиэтилентерефталата или триацетата целлюлозы наносят слой 1-3-нормального раствора НСl в количестве

Наиболее близким к заявляемому изобретению является поляризационная пленка и способ ее получения, описанные в патенте [1] (прототип).

Задачей настоящего изобретения является поляризационная пленка, способ получения которой является простым и экономичным, не требует антикоррозийной защиты оборудования и повышенных мер безопасности производства, обеспечивает равномерное образование поливиниленовых структур и, соответственно, одинаковые оптические свойства по всей площади пленки.

Поставленная задача решается тем, что поляризационная пленка, состоящая из ориентированных молекул блок-сополимера ПВС и поливинилена, полученного кислотно-катализированной термической дегидратацией ориентированных молекул ПВС, дополнительно содержит фосфорно-вольфрамовую кислоту (ФВК).

Концентрация ФВК в пленке составляет 10-30%.

Способ получения заявляемой поляризационной пленки заключается в формировании пленки ПВС из совместного водного раствора ПВС и кислотного катализатора термической дегидратации этого полимера, одноосной вытяжке и последующем отжиге пленки. В качестве кислотного катализатора используют ФВК, которую добавляют в раствор ПВС в количестве 10-30% относительно массы полимера, пленку вытягивают в 4-7 раз относительно ее исходной длины и отжигают при температуре 120-140°C в течение 1-15 мин.

Нами обнаружено, что ФВК (химическая формула H3PW12O40) является эффективным катализатором термической дегидратации ПВС, что позволяет получать требуемую степень дегидратации пленок ПВС при относительно невысоких температурах отжига (120-140°С) даже при относительно небольшом (до 10%) содержании ФВК в пленке. При этом важно, что ФВК, в отличие от сильных жидких минеральных кислот (НСl, HI, HBr, H₂SO₄), является нелетучим, экологически чистым и безопасным кислотным катализатором [7]. Благодаря этому получение заявляемой поляризационной пленки не требует антикоррозийной защиты оборудования и повышенных мер безопасности производства. Нами также обнаружено, что пленки состава ПВС-ФВК, получаемые из совместного водного раствора ПВС и ФВК, являются нанокомпозитными: ФВК равномерно распределена в матрице ПВС в виде твердых частиц размером менее 50 нм. Благодаря равномерному распределению частиц ФВК, катализируемая ей реакция дегидратации ПВС протекает равномерно по всей пленке, в результате чего пленка имеет одинаковые поляризационные свойства по всей своей площади. Кроме того, поскольку размер частиц ФВК составляет порядка 10 нм, рассеяние света на этих частицах отсутствует и, соответственно, их наличие в поляризационной пленке не сказывается на ее оптической прозрачности.

Как будет видно из приведенных ниже примеров реализации изобретения, пленки, имеющие высокие показатели поляризационных свойств, термо- и влагостойкости, могут быть получены заявляемым способом при содержании ФВК 10-30% относительно массы ПВС, одноосной вытяжке пленки в 4-7 раз относительно ее начальной длинны, температуре отжига пленки 120-140°С и длительности отжига 1-15 мин.

Заданное количество водного раствора ПВС (марка Mowiol 28-99) и ФВК с содержанием ФВК 30% относительно ПВС выливают на дно чашки Петри из модифицированного полистирола и сушат при комнатной температуре в течение 24 час. Сформировавшуюся пленку толщиной 50 мкм снимают с подложки, фиксируют в ручном устройстве для одноосной вытяжки полимерных пленок и вытягивают в 4 раза при заданной температуре. Толщина пленки после вытяжки составляет примерно 25 мкм. Ориентированную пленку, по-прежнему зафиксированную в устройстве для вытяжки, отжигают в термошкафу при 120°C в течение 8 мин. Полученная таким образом пленка практически бесцветна при рассмотрении в свете, поляризованном параллельно оси вытяжки пленки, и имеет серо-коричневую окраску в свете, поляризованном перпендикулярно, что говорит о наличии у полученной пленки поляризационных свойств. Окраска пленки равномерна по всей ее площади, дефекты «полосатости» и «пятнистости» окрашивания отсутствуют.

Пропускание (Т) полученных поляризационных пленок в области длин волн 400-700 нм при параллельной (T_||) и перпендикулярной (Т_⊥) поляризации света относительно оси вытяжки пленки измеряли на спектрофотометре UV-Vis-NIR Сагу 500. После чего степень поляризации (k) света пленкой определяли по формуле

Для перпендикулярно поляризованного света спектры полученных поляризационных пленок имеют широкую интенсивную полосу поглощения в области 400-600 нм с максимумом около 465 нм. Значения T_|| и k на длине волны 465 нм для полученных поляризационных пленок приведены в Таблице 1. Приведенные данные показывают, что оптические характеристики пленки вытянутой в 4 раза изменяются от 60 до 26% по Т_|| и от 54 до 92% по к при увеличении продолжительности и температуры отжига.

Сравнение приведенных в таблице 1 данных для примера 2 с данными для примера 1 показывает что для пленок с одинаковым содержанием ФВК увеличение степени вытяжки пленок при неизменной продолжительности и температуре их последующего отжига позволяет получать поляризационные пленки с повышенной поляризующей способностью без снижения их прозрачности для параллельно поляризованного света. Пример 3.

Две пленки ПВС, содержащие ФВК в количестве 10% от массы ПВС, отливают из водного раствора, подвергают одноосной вытяжке в 4 раза и последующему отжигу, аналогично описанному в примере 1. Отжиг проводят при 140°C в течение 10 и 15 мин для первой и второй пленки соответственно. Оптические характеристики полученных поляризационных пленок приведены в таблице 1. Сравнение приведенных в таблице 1 данных для примера 5 с данными для примера 4 показывает, что снижение концентрации ФВК с 15% до 10% позволяет заметно увеличить прозрачность пленок для параллельно поляризованного света, сохранив при этом их высокую поляризующую способность, но требует для этого существенного увеличения продолжительности отжига пленок.

Поляризационная пленка, полученная в примере 3, с оптическими характеристиками T_||=35,0% и k=95,1% была испытана на термостойкость путем выдерживания при 80°C в термошкафу в течение 50 ч. Измерения оптических характеристик пленки после указанных испытаний дали значения T_||=35,2% и k=94,8%, которые практически совпадают со значениями этих характеристик до испытаний, что свидетельствует о высокой термостойкости полученной поляризационной пленки.

Поляризационная пленка, полученная аналогично описанному в примере 2, с оптическими характеристиками Т_||=39,0% и k=91,4% была испытана на влагостойкость путем выдерживания при температуре 35°C и относительной влажности 100% в течение 16 ч. Измерения оптических характеристик пленки после указанных испытаний дали значения Т_||=49,5% и k=89,6%. После этого пленку дополнительно выдержали при температуре 20-25°C и относительной влажности 90% в течение 140 ч. Значения оптических характеристик пленки составили T_||=54,6% и k=85,4%. Таким образом, результаты испытаний показывают, что полученная поляризационная пленка имеет хорошую влагостойкость.

1. Патент США №2173304. (прототип)

2. Патент США №2674159.

3. Патент США №5666223.

4. Патент США №6814899 В2.

5. Патент США №5973834.

6. Патент США №7087194 В2.

7. Misono М., Ono I., Koyano G., Aoshima A. Heteropolyacids. Versatile green catalysts usable in a variety of reaction media. Pure Appl. Chem. V. 72. №7, P. 1305-1311. 2000.

1. Поляризационная пленка, состоящая из ориентированных молекул блок-сополимера поливинилового спирта и поливинилена, полученного кислотно-катализированной термической дегидратацией ориентированных молекул поливинилового спирта, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фосфорно-вольфрамовую кислоту.

2. Поляризационная пленка по п.1, отличающаяся тем, что концентрация фосфорно-вольфрамовой кислоты в ней составляет 10-30%.

3. Способ получения поляризационной пленки, заключающийся в формировании пленки поливинилового спирта из водного раствора поливинилового спирта и кислотного катализатора термической дегидратации этого полимера, одноосной вытяжке и последующем отжиге этой пленки, отличающийся тем, что в качестве кислотного катализатора используют фосфорно-вольфрамовую кислоту, которую берут в количестве 10-30% относительно массы поливинилового спирта, пленку вытягивают в 4-7 раз относительно ее исходной длины и отжигают при температуре 120-140°C в течение 1-15 мин.

Источник

Пленка поляризационная. Где ее применяют?

Многие люди слышали о таком полезном покрытии, как пленка поляризационная. Однако далеко не каждый знает о ее свойствах и сфере применения. Сегодня, благодаря возможности совершать покупки через онлайн-сервисы, приобрести поляризационную пленку как в Москве, так и в Новосибирске, Красноярске и других городах России не составит труда. Главное — перед покупкой узнать все ее свойства, чтобы уметь правильно ее использовать в самых разных целях.

Свойства пленки

Понятие поляризации подразумевает ограничение световых волн путем пропуска их через особую решетку. Расстояние между нитями такой решетки равно длине световых лучей. Это позволяет пропускать одну волну в определенной плоскости.

Пленка поляризационная пропускает только ту часть светового потока, которая параллельна его оси. Такое покрытие создают двумя способами. Первый подразумевает напыление на полимерную основу металлических полос. Второй метод использует технологию йодно-поливиниловых пленок. Оба метода широко применяются в самых разных целях.

При помощи представленного изделия можно ограничить световой поток, понизить яркость, рассеивать лучи, затемнить зеркальные и экранные поверхности, а также защититься от попадания прямых солнечных лучей.

Применение

Множество направлений имеет использование такого покрытия, как пленка поляризационная. Новосибирск, Уфа, Екатеринбург и другие города России применяют ее в одних и тех же целях.

Многие водители выбирают солнцезащитные очки, линзы которых покрыты поляризационной пленкой. Да и обычному потребителю подобные изобретения пришлись по душе из-за комфорта обозрения в солнечную погоду.

В автомобильной сфере поляризационные пленки применяют для тонировки стекол, зеркал заднего вида, лобового стекла. Это помогает защититься от бликов встречного транспорта или яркого солнца.

Поляризационная пленка для монитора и других ЖК-дисплеев давно полюбилась пользователям. Это позволяет увеличить контрастность изображения. Для экранов и мониторов поляризационная пленка в сочетании со специальными стереоочками создаст эффект объемности картинки.

Для фильтров линз также применяют представленную технику. Даже окна домов защищают поляризационной пленкой во избежание слепящего света в помещении, попадающего извне.

Как создается пленка

Представленное изделие производят из поливинилена. Для этого применяют поливиниловый спирт (ПВС).

В состав продукта может также добавляться фосфорно-вольфрамовая кислота.

В процессе производства первоначальную заготовку растягивают в 5-7 раз. Затем изделие обжигают при температуре около 140 градусов.

Такая технология придает требуемые качества такому покрытию, как пленка поляризационная. Для чего нужно растягивание? Это позволяет выстроить молекулярную ориентацию компонентов.

Тепловая обработка продлевает долговечность изделия, делая его устойчивым к теплу и влаге. Оборудование может обладать самыми разными показателями, для чего поляризационная пленка обрабатывается представленным методом.

Виды пленок

В зависимости от компонентов, использующихся для производства ПВС-пленки, существует 3 ее разновидности. Это может быть изделие, содержащее дихроичные правители, поливиниленовые звенья или полииодные комплексы.

По способу поляризации различают механические и электрические решетки.

Чтобы увеличить или уменьшить поляризацию механическим способом, нити решетки смещаются относительно друг друга. Элементы перемещаются механически, и двигается пленка поляризационная. Как тонировать стекла, высчитывают производители, применяя правильный угол смещения поверхностей.

Электрическая поляризация считается более перспективным методом, так как она не требует механических составляющих. Свет в таком изделии проходит через поляризатор и жидкие кристаллы. При подключении тока они поворачиваются по направлению его протекания. Так образуются нити решетки, пропускающей световой поток.

Поляризация для автомобиля

Применяя поляризационную пленку для авто, следует ответственно подойти к этому вопросу. Неправильная поляризация может стать причиной ДТП из-за недостаточно хорошей видимости для водителя.

Поляризационная пленка на лобовое стекло наносится для устранения попадания бликов от встречного транспорта в глаза водителю.

Очень полезна представленная технология для поляризации салонных зеркал заднего вида. Случается, что фары едущего сзади автомобиля яркой вспышкой освещают их. Если водитель в этот момент посмотрит в зеркало, его может ослепить. Понадобится время, пока владелец авто сможет снова видеть идеально. А эти несколько секунд ему придется ехать почти вслепую. Пленка поможет ограничить поток слепящих лучей от фар и сохранить способность водителя видеть дорогу четко.

Поляризационная пленка для авто применяется также для тонировки стекол на дверях и сзади.

Пленка для экранов электронных устройств

Чтобы производительность человека, работающего на компьютере, была максимальной, следует обеспечить комфорт его деятельности.

Работать на любом оборудовании с дисплеем удобно, когда данные на его экране видит только пользователь. Очень неприятно, когда окружающие любопытно заглядывают в интерфейс устройства.

Для защиты информации применяют поляризационную пленку. Она крепится на экран при помощи клеящей основы. При желании ее можно снять или надевать на экран планшета или смартфона, только находясь в поездке.

Поляризационная пленка для монитора ограничивает прохождение световых лучей, которые проходят под углом больше 60 градусов.

Представленные изделия обладают влагостойкостью и выдерживают температурные перепады. Сама пленка способна защитить экран от механических повреждений и царапин, так как поликарбонат — довольно прочный материал.

Для каждого устройства выпускают пленки определенного формата.

Поляризационные очки

Пленка поляризационная для очков помогает защитить глаза от ослепляющего света, который излучают машины, оборудование. Блики, исходящие от различных поверхностей, способны не только ухудшить видимость деталей, но и ослепить, нарушить здоровье глаз.

Поэтому в самых различных сферах деятельности зрение защищают очки с поляризационной пленкой. Она находится внутри линзы.

Обычные солнцезащитные очки не убирают блики, исходящие от поверхности воды, снега, зеркал. Для этого их сочетают с таким покрытием, как пленка поляризационная. В Красноярске, Сочи, Москве и других городах нашей страны множество водителей, рабочих самых разных профессий и простых граждан пользуются такими очками для сохранения здоровья глаз.

Поляризационные очки уменьшают напряжение зрения. Глаза меньше устают. Контрастность и четкость изображения увеличиваются. А также такое изделие повышает безопасность труда работников определенных профессий. Особенно пришлись по душе поляризационные очки водителям.

Изготовление поляризационных линз

Среди существующих технологий изготовления поляризационных линз самой старой является применение минерального стекла.

Ныне этот метод используют крайне редко. Чаще применяют технологию ламинирования органическими веществами (CR-39). Пленка поляризационная вставляется между двумя полотнами линзы. Это помогает избежать расслаивания.

Однако самой новой и перспективной методикой является размещение пленки на переднем стекле. Поляризатор обрабатывается для улучшения его устойчивости к повреждениям, истиранию. Это позволяет изделию максимально качественно выполнять свои поляризационные свойства. Защитное покрытие пленки увеличивает ее стойкость к ударам.

Пленка для окон

Для хорошего самочувствия человека в помещении имеет значение уровень освещенности, его интенсивность и естественность. Комфортный свет полезен для здоровья глаз и даже состояния нервной системы.

Яркое солнце, врывающееся в комнату, будит ранним утром, а днем в таком помещении становится невыносимо жарко. Чтобы не завешивать окна портьерами или жалюзи, существует особый способ. Тонировка стекол решает проблему очень яркого природного освещения.

Пленка поляризационная для окон сокращает солнечную энергию на 65 % без ухудшения светопроницаемости. Такое покрытие создает определенную защиту от теплопроводности стекол, что помогает поддерживать комфортный микроклимат в помещении.

Поляризатор усиливает устойчивость стекла к механическим повреждениям, царапинам.

Как сделать пленку для монитора

Обычно LCD-мониторы производитель поставляет с поляризационной пленкой. Она может быть приклеена к монитору или просто плотно прижата планками.

В случае необходимости заменить это изделие необходимо обратить внимание на технологию такого процесса.

Приобретать пленку нужно по размеру предыдущего варианта. Старая пленка демонтируется. При необходимости клей снимается растворителем. Меняя поляризационную пленку своими руками, нужно следить, чтоб растворитель не попал на пластиковые элементы монитора.

Полностью очистив основание, следует смонтировать новое покрытие.

Поляризационная пленка своими руками должна быть правильно позиционирована. Имеет значение, где находится лицевая и обратная сторона. Так же как и важно сохранить правильное положение сторон. Далее части монитора собирают воедино.

Проверка поляризации

Чтобы убедиться в правильном действии поляризатора, существует несколько способов.

Следует взять две пленки (или линзы очков) и направить их друг против друга. Видимость через два слоя должна быть идеальной. Затем на первой линзе нужно мысленно провести перпендикулярную ось. Вторую пленку (линзу) следует поворачивать вокруг воображаемой оси. Когда угол поворота достигнет 90 градусов, видимость должна стать нулевой. Если же после этих действий видимость осталась прежней, поляризационными свойствами изделие не обладает.

Можно вместо второй пленки воспользоваться экраном монитора, телефона или планшета. При повороте пленки на 90 градусов изображение должно стать значительно темнее.

Рассмотрев весь спектр изделий, в которых используется пленка поляризационная, можно осознать важность этого изделия для здоровья человека, а также его безопасности. Понимая принцип ее устройства и критерии качества, будет легко отличить поляризатор от обычного материала.

Источник