Способ получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления для светофокусирующих элементов

 

Способ относится к области изготовления оптических элементов и применяется для получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления по сечению. Способ включает смешение компонентов и заливку в форму. Смесь эпокидианового олигомера, глицидилового эфира фосфорной кислоты и отвердителя выдерживают до получения заданного распределения показателя преломления и отверждают при следующем соотношении компонентов: эпоксидиановый олигомер 100 мас. ч., диглицидиловый эфир кислот фосфора 33,5-53,8 мас.ч, отвердитель - стехиометрическое количество, где в качестве глицидиловых эфиров кислот фосфора используют триглицидилфосфат или диглицидилметилфосфат. Данный способ позволяет упростить технологию изготовления оптических светофокусирующих элементов. 1 табл.

Изобретение относится к области оптики, а именно к технологии получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления по сечению, используемых для изготовления оптических светофокусирующих элементов, например "плоских линз".

Известен способ получения светофокусирующих элементов путем выдерживания стержня из форсополимера диаллилизофталата в n-фторалкил(мет)акрилате формулы СН₂=С(R)-СООСН₂(CF₂)_mH, где R=H или СН₃, m=2 или 4, основанный на диффузии и полимеризации в системе диаллилизофталат (ДАИФ) - метилметакрилат (ММА). Стержень получают заливкой диаллилизофтолата во фторопластовую трубку с инициатором радикальной полимеризации - перекисью бензоила. После полимеризации форполимер в виде стержня извлекают из трубки выдавливанием, помещают в ванну с 1,1,3-тригидроперфторпропилметакрилатом, содержащим 1% инициатора - перекиси бензола и выдерживают при определенной температуре. Дополимеризацию проводят в блокирующей ванне с додеканом. Изобретение позволяет получить градиент показателя преломления от 0,04 до 0,1. Недостатком изобретения является длительность и многостадийность процесса получения материала. [А. с. СССР 1561406, МКИ В 29 D 11/00. Способ изготовления заготовок светофокусирующих элементов //С.А. Канделаки, Б.С. Лежава, Н.Г. Лекшвили.] Наиболее близким по технической сущности является способ получения заготовок светофокусирующих полимерных элементов, основанный на диффузии и полимеризации в системе диаллилизофталат (ДАИФ) - метилметакрилат (ММА). Процесс изготовления включает в себя три стадии: 1) форполимеризация ДАИФ до получения гелеобразной матрицы заданной формы; 2) диффузия мономера ММА с меньшим показателем преломления в матрицу с целью создания градиента концентраций, а следовательно, и показателя преломления n; 3) закрепление созданного распределения n путем полимеризации при термообработке. Градиент показателя преломления при этом составляет 0,08-0,1. Недостатком изобретения является длительность и многостадийность процесса. [Галимов Н.Б., Косяков В.И., Минкова P.M., Мосевич И.К., Рамазанов А.Н., Тихонова Л.Ю., Тухватулин А.Ш., Шевченко М.Л. //Журн. прикл. химии. 1981, 7, с.1552-1558].

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в упрощении технологии изготовления материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления, включающем смешение компонентов и заливку в форму, смесь эпоксидианового олигомера, глицидилового эфира фосфорной кислоты и отвердителя выдерживают до получения заданного распределения показателя преломления и отверждают при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Эпоксидиановый олигомер - 100 Диглицидиловый эфир кислот фосфора - 33,5-53,8 Отвердитель - Стехиометрическое количество где в качестве глицидиловых эфиров кислот фосфора используется триглицидилфосфат или диглицидилметилфосфат.

В качестве эпоксидианового олигомера использовали смолы марок: ЭД-20, ЭД-22 (ГОСТ 10587-84), Э-30 (ТУ 6-10-825-76), Э-40 (ОСТ 6-10-416-76).

В качестве глицидиловых эфиров фосфорной кислоты использовали триглицидилфосфат, диглицидилметилфосфат (ДГМФ), представляющие собой низковязкие прозрачные жидкости.

В качестве отвердителя использовали аминные отвердители этилендиамин, диэтилентриамин (ДЭТА), моноцианэтилдиэтилентриамин (УП-0633М, ТУ 6-05-1863-78) и ангидридный отвердитель изометилтетрагидрофталиевый ангидрид (изо-МТГФА, ТУ 6-09-3321-73).

Способ изготовления градиентных полимерных материалов может быть осуществлен следующим образом. Компоненты смешивают, заливают в форму, выдерживают в форме до отверждения при температуре, указанной в таблице, и извлекают. Градиент показателя преломления достигается за счет того, что соотношение эпоксидиановой смолы и глицидилового эфира фосфорной кислоты соответствует области их несовместимости. При этом образуется эмульсия типа "масло в воде" с низким межфазным натяжением и за счет этого с малыми размерами эмульсионных частиц, что обеспечивает низкое светорассеяние.

Во время отверждения эмульсия начинает постепенно расслаиваться из-за разности плотностей эпоксидиановых смол ρ=1,1650-1,1670 г/см³) и глицидиловых эфиров фосфорной кислоты (триглицидилфосфат ρ=1,3673 г/см³, диглицидилметилфосфат ρ=1,3140 г/см³). В верхней части образца повышается концентрация эпоксидиановой смолы, в нижней части - концентрация глицидилового эфира фосфорной кислоты. За счет разницы в показателе преломления эпоксидиановых смол (n≈1,5690-1,5760) и глицидиловых эфиров фосфорной кислоты (триглицидилфосфат n≈1,4602; диглицидилметилфосфат n≈1,4499) достигается градиент показателя преломления.

Высокое светопропускание достигается за счет того, что наиболее крупные частицы слипаются и образуют непрерывную фазу, а в переходной зоне распределены частицы размером меньше 100 нм.

Градиент показателя преломления определяли по изменению интерференционной картины при сканировании материала лазерным лучом на различной высоте образца. Коэффициент пропускания определяли в диапазоне длин волн 400-1000 нм при толщине слоя 10 мм.

Конкретные составы и характеристики получаемых материалов приведены в таблице по примерам 1-96 Таким образом, на основании приведенных примеров 1-96 (таблица) видно, что при данном способе возможно получение материалов с градиентом показателя преломления от 0,043 до 0,1 и высоким светопропусканием (90%), а также достигается упрощение технологии.

Формула изобретения

Способ получения полимерных материалов с градиентом показателя преломления, включающий смешение компонентов и заливку в форму, отличающийся тем, что смесь эпоксидианового олигомера, глицидилового эфира фосфорной кислоты и отвердителя выдерживают до получения заданного распределения показателя преломления и отверждают при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Эпоксидиановый олигомер 100

Диглицидиловый эфир кислот фосфора 33,5-53,8

Отвердитель - Стехиометрическое количество

где в качестве глицидиловых эфиров кислот фосфора используют триглицидилфосфат или диглицидилметилфосфат.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4