Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения капсулированных в полимерной пленке жидкокристаллических композиций

Классы МПК:C09K19/12 не менее двух бензольных колец, связанных непосредственно, например бифенилы
C09K19/52 отличающиеся компонентами, не являющимися жидкими кристаллами, например добавками
B01J13/18 полимеризация в момент образования капсул, когда все реагенты находятся в одной и той же фазе
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Приоритеты:
подача заявки:
2002-07-16
публикация патента:

Изобретение относится к капсулированию в полимерных пленках, конкретно к способу получения полимеркапсулированных жидкокристаллических композиций, которые могут быть использованы в оптоэлектронике, молекулярной электронике, катализе, медицине, химической сенсорике и т.д. Предлагаемый способ состоит в том, что на охлажденную поверхность последовательно конденсируют в вакууме пары параксилиленового мономера, жидкого кристалла и пары параксилиленового мономера с последующей полимеризацией образца при температуре до 130К или УФ-облучении, причем вместе с парами жидкого кристалла конденсируют пары переходных или непереходных металлов I-IV групп Периодической системы элементов, при давлении паров металла 10-4-10-2 мм рт.ст. Получаемые пленки обладают высокой стабильностью, не меняют своих характеристик в течение нескольких месяцев. Содержание металла в жидкокристаллическом компоненте можно варьировать от 0,1 до 10 вес.%. На примере пленки с капсулированной композицией серебро - жидкий кристалл показана повышенная чувствительность к воздействию электрического поля по сравнению с аналогичной пленкой, не содержащей металла. 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2215770

Рисунок 1

Изобретение относится к капсулированию в полимерных пленках, конкретно к способу получения полимеркапсулированных жидкокристаллических композиций, которые могут быть использованы в оптоэлектронике в качестве активных элементов для устройств управляемого светорассеяния, для термической записи и обработки оптической информации, термографической диагностике, молекулярной электронике, катализе, технике СВЧ, химической сенсорике и т.д.

Известен способ капсулирования в полимерных пленках жидкокристаллических веществ и композиций на их основе, состоящий в следущем [Патент США 3872050, кл. 524-774, 1975]. Пленкообразующий полимер (полиуретан) растворяют в таких растворителях, которые могут быть достаточно легко удалены из пленки после формования. Затем получают эмульсию жидкого кристалла в растворе полимера, композицию формуют и удаляют растворитель. Возможно также получение эмульсии жидкокристаллических материалов в полиуретановом эластомере с последущей деполимеризацией системы. Процесс проводят при комнатной или повышенной (до 50oС) температурах в жидкой фазе в условиях интенсивного диффузионного массообмена между материалом жидкого кристалла и полимера. Дополнительным требованием к растворителю является его химическая инертность, а к материалу полимера его хорошая растворимость в используемом растворителе и плохая в материале жидкого кристалла и хорошие изолирующие свойства. При этом происходит загрязнение жидкого кристалла веществом полимера и пластификация полимерного материала жидкокристаллическими компонентами. Все вышеперечисленное делает этот способ неэкологичным.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ [Патент Российской Федерации 2073060], состоящий в следущем. Тонкий слой жидкокристаллического компонента вводят в полимерный материал путем последовательной вакуумной низкотемпературной конденсации паров ксилиленового мономера, жидкого кристалла и еще раз ксилиленого мономера на охлажденную до 77-95К медную или стеклянную поверхность в отсутствии растворителей. Таким образом получают образец в виде трехслойного пакета "мономер- жидкий кристалл-мономер". Параксилилен полимеризуют в твердой фазе при разогреве при низких (110-130К) температурах или УФ-облучением. Способ позволяет получать однородные пленки с регулируемой толщиной слоев. Жидкий кристалл, капсулированный в пленке, отличается высокой чистотой.

Данный способ, однако, имеет ограничения, связанные с тем, что полимерная пленка оказывает неконтролируемое ориентирующее действие на капсулированный внутри ее жидкий кристалл. В связи с этим резко ограничиваются возможности управления структурой жидкого кристалла воздействием внешних физических полей - электрического и магнитного, с чем связанa большая часть практических применений жидких кристаллов. Поэтому, несмотря на целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными жидкокристаллическими "сэндвичами", в которых слой жидкого кристалла заключен между двумя стеклами, полимеркапсулированные жидкие кристаллы не нашли до сих пор практического применения.

Задачей предложенного способа является получение капсулированных в полимерной пленке жидких кристаллов, обладающих повышенным откликом на воздействие электрических и магнитных полей.

Поставленная задача решается предложенным способом, состоящим в последовательной конденсации на охлажденную поверхность в вакууме паров параксилиленового мономера, паров жидкогокристалла и паров параксилиленового мономера с последующей полимеризацией при низких температурах до 130К или УФ-облучении, причем пары жидкого кристалла используют вместе с парами переходного или непереходного металла I-IV групп Периодической системы элементов, и конденсацию ведут при давлении паров металла 10-4-10-2 мм рт. ст. На охлажденную поверхность последовательно конденсируют в вакууме пары ксилиленового мономера, композиции жидкий кристалл - металл и пары параксилиленового мономера с последующей полимеризацией образца при нагревании или УФ-облучении, причем совместно с парами жидкого кристалла конденсируют пары металлов (переходных и непереходных), выбранных из I-IV групп Периодической системы элементов, при давлении паров металла 10-4-10-2 мм рт.ст.

Для осуществления способа использовали низкотемпературный криостат, соединенный с вакуумной установкой. Остаточное давление в системе не должно превышать 10-4 мм рт.ст. Жидкий кристалл испаряли из ампулы из тугоплавкого стекла, нагреваемой электронагревательным резистивным элементом, температуру ампулы контролировали термопарой хромель-копель, вмонтированной в нагреватель. Металл испаряли из кварцевой или керамической ампулы, нагреваемой высокотемпературной электрической печкой. Температуру ампулы контролировали при помощи термопар хромель-алюмель или платина-платинородий, помещенных внутрь печки. Ксилиленовый мономер получали при испарении и пиролизе парадиксилилена или соответствующих производных. Конденсацию паров всех компонентов проводили на охлажденную до 77-96К стеклянную или отполированную медную поверхность. Температуру образца контролировали при помощи термопары медь-константан, закрепленной на поверхности.

Содержание металла в жидком кристалле зависит от соотношения потоков молекул жидкого кристалла и металла к охлаждаемой поверхности. Для получения пленок толщиной в десять микрон за час (технологически приемлемые параметры), скорость осаждения жидкого кристалла должна составлять 6,7способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 22157701014 молекул на квадратный сантиметр за секунду. Для получения заметного содержания металла (на уровне 0,1% по массе от массы жидкого кристалла) давление паров металла должно быть выше чем 10-4 мм рт.ст. При давлении, превышающем 10-2 мм рт. ст., содержание металла в жидком кристалле будет превышать 10% по массе. В этом случае избыточное содержание металла будет нарушать жидкокристаллическое упорядочение. Таким образом, для осуществления способа, давление паров металла должно варьироваться в пределах 10-2-10-4 мм рт.ст.

Предложенный способ иллюстрируется следущими примерами.

Пример 1. Нематический жидкий кристалл 4-н-амил-4"-цианобифенил в смеси с серебром, капсулированный в полипараксилиленовом материале.

Тонкий слой композиции 4-н-амил-4"-цианобифенила с серебром толщиной в 10 мкм, капсулированной в полимерную пленку полипараксилилена, получали последовательной конденсацией в вакууме (остаточное давление в системе составляло 5способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 221577010-5 мм рт.ст.) паров параксилиленового мономера, металла и жидкого кристалла и вновь ксилиленового мономера на охлаждаемую жидким азотом медную поверхность реактора (температура подложки, которую в ходе опыта контролировали медь-константановой термопарой, составляла 80+3К). Пары параксилиленового мономера получали резистивным испарением при 420-430К, последущий пиролиз вели при 823К. Время конденсации составляло 10 мин.

Композицию жидкий кристалл - серебро получали совместной вакуумной конденсацией. Пары жидкого кристалла получали путем резистивного испарения при температуре 343К. Пары серебра получали путем резистивного разогрева металла до температуры, при которой давление паров составляло 1способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 221577010-3 мм рт. ст. (1250способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 22157705 К). Время конденсации композиции серебро-жидкий кристалл составляло 90 мин.

Второй слой ксилиленового мономера конденсировали тем же способом, что и первый. Полученный таким образом трехслойный образец полимеризовали при разогреве системы до 130К. Затем криостат разогревали до комнатной температуры и отделяли от поверхности реактора полимерную полипараксилиленовую пленку, включающую 10 мас.% нематического жидкого кристалла 4-н-амил-4"-цианобифенила и 1% серебра от массы жидкого кристалла.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, но конденсацию серебра вели при температуре, при которой давление паров металла составляло 1способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 221577010-2 мм рт.ст. (1380способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 22157705К). Получили образец, содержащий 10 вес.% серебра от массы жидкого кристалла. Температура полимеризации образца составила 110К.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, но конденсацию серебра вели при температуре, при которой давление паров металла составляло 1способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 221577010-4 мм рт.ст. (1130способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 22157705К). Получили образец, содержащий 0,1 вес.% серебра от массы жидкого кристалла. Температура полимеризации образца составила 150К.

Пример 4. В качестве жидкого кристалла использовали 4-н-октил-4"-цианобифенил, образующий наряду с нематической и смектическую мезофазу. Остальные условия те же, что и в примере 1. Полимеризацию вели при УФ облучении.

Пример 5. Аналогичен примеру 1, но в качестве жидкого кристалла использовали нематический жидкий кристалл класса эфиров паразамещенных бензойных кислот 4-гептилоксифениловый эфир парабутилбензойной кислоты.

Пример 6. В качестве металла использовали медь. Конденсацию меди вели при температуре, при которой давление паров металла составляло 1способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 221577010-3 мм рт. ст. (1390способ получения капсулированных в полимерной пленке   жидкокристаллических композиций, патент № 22157705 К). Остальные условия те же, что в примере 1.

Пример 7. В качестве металла использовали металл 4а группы свинец. Остальные условия те же, что в примере 1.

Условия опытов и параметры получающихся пленок приведены в таблице.

Состояние металла в пленках при комнатной температуре контролировали методом просвечивающей электронной микроскопии. Показано, что серебро стабилизируется в жидкокристаллической фазе как в виде сферических частиц диаметром 20-30 нм, так и в виде стержнеобразных частиц, имеющих в поперечнике 20-30, а в длину 150-200 нм. Пленки отличаются стабильностью и не меняли своих характеристик в течение нескольких месяцев.

Для испытания пленки зажимали внутрь двух стекол, на которые были нанесены прозрачные электроды из SnO2. "Сэндвич" помещали внутрь фотоколориметра "Specol-20" таким образом, чтобы зондирующий луч фотоколориметра проходил через полимерную пленку по нормали к ее поверхности. На электроды от источника постоянного питания подавали постоянное напряжение в 5 В и фиксировали изменение эффективной оптической плотности "сэндвича". Для испытаний использовали две пленки. Первую получали так, как описано в примере 1, - эта пленка содержала серебро в количестве одного вес. процента. Вторую получали аналогично первой, но она не содержала серебра. Зафиксировано, что при подаче напряжения эффективная оптическая плотность "сэндвича" с первой пленкой уменьшилась на 0,15 единиц, в то время как оптическая плотность "сэндвича" со второй пленкой практически не изменилась. Таким образом показано, что предложенное решение позволяет решить поставленную задачу.

Ввод металла диспергированного на наноуровне в жидкокристаллическую фазу позволяет получить новый материал, отличающийся по свойствам как от материала, содержащего жидкий кристалл, так и других известных материалов, содержащих нандиспергированные металлы. Наноразмерные частицы металлов обладают принципиально иной по сравнению с компактными металлами электронной структурой, с чем связаны уникальные оптические, каталитические, сенсорные и многие другие свойства подобных материалов. Поэтому получаемые вышеописанным способом гибридные наноматериалы могут найти практическое применение в таких областях как оптоэлектроника в качестве активных элементов для устройств управляемого светорассеяния, для термической записи и обработки оптической информации, термографической диагностике, молекулярной электронике, катализе, технике СВЧ, химической сенсорике и т.д.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения капсулированных в полимерной пленке жидкокристаллических композиций путем последовательной конденсации на охлаждаемую поверхность в вакууме паров параксилиленового мономера, паров жидкого кристалла и паров параксилиленового мономера с последующей полимеризацией образца при температуре до 130 К или УФ-облучении, отличающийся тем, что пары жидкого кристалла используют вместе с парами переходного или непереходного металла 1-IV групп Периодической системы элементов и конденсацию ведут при давлении паров металла 10-4-10-2 мм рт. ст.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C09K19/12 не менее двух бензольных колец, связанных непосредственно, например бифенилы

Класс C09K19/52 отличающиеся компонентами, не являющимися жидкими кристаллами, например добавками

Класс B01J13/18 полимеризация в момент образования капсул, когда все реагенты находятся в одной и той же фазе



Наверх