патент
№ RU 2567909
МПК C09K11/08

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОКОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ

Авторы:
Крикушенко Владимир Владимирович
Номер заявки
2013158887/05
Дата подачи заявки
30.12.2013
Опубликовано
10.11.2015
Страна
RU
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Чертежи 
6
Реферат

Изобретение относится к способу получения материала для изготовления светокорректирующей полимерной пленки, которая может быть использована в сельском хозяйстве, в производстве экранов, мониторов и в других областях техники. Способ включает растворение и перемешивание термопластичного полимера, углеводородов парафинового ряда и флуоресцирующей добавки (ФД) с использованием органических растворителей (ОР). В качестве ФД используют квантовые точки (КТ) с заданной эффективной шириной запрещенной зоны (ЭШЗЗ). ЭШЗЗ КТ находится в пределах от 0,1 до 1,5 электронвольт (eV). Перемешивание раствора проводят при 60-80°С. Для получения осадка температуру раствора снижают до 35-45°С, при этом в качестве осадителя используют смесь ОР. Для дополнительного снижения токсичности заявленного способа при получении материала выгруженный осадок осушают, удаляя из него осадитель, осадитель улавливают и возвращают в раствор. Технический результат - снижение токсичности способа получения материала с использованием квантовых точек, повышение фотостабильности светокорректирующей пленки и повышение эффективности преобразования естественного света. 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 пр.

Формула изобретения

1. Способ получения материала для изготовления светокорректирующей полимерной пленки, заключающийся в перемешивании термопластичного полимера, углеводородов парафинового ряда и флуоресцирующей добавки с использованием органических растворителей, нагреве ингредиентов в процессе их перемешивания, выгрузке материала и его гранулировании, отличающийся тем, что перед выгрузкой материала проводят его осаждение, в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, а для получения осадка температуру раствора снижают, в качестве флуоресцирующей добавки используют квантовые точки с заданной эффективной шириной запрещенной зоны, а упомянутые ингредиенты используют в следующих соотношениях, мас.%:
квантовые точки 0,01-1,0;
углеводороды парафинового ряда не более 4,5;
термопластичный полимер - остальное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание раствора производят при температуре 60-80°С.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для получения осадка температуру раствора снижают до 35-45°С.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, взятых из ряда п-, о- или м-ксилола, крезола, бензола, скипидара, гексанона, гексана, октана, декана, толуола, метилцеллозольва, пиридина, ацетона, тетрагидрофурана, этанола, метанола, бутанола, аллилацетата.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят светостабилизирующую добавку не более 5,0 мас.%.

6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят пластификатор не более 5,0 мас.%.

7. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят поверхностно- активное вещество не более 0,1 мас.%.

8. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят антиоксидант не более 1 мас.%.

9. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что выгруженный осадок осушают, удаляя из него осадитель, осадитель улавливают и возвращают в раствор.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что используют квантовые точки, эффективная ширина запрещенной зоны которых находится в пределах от 0,1 до 1,5 электронвольт (eV).

Описание

[1]

Изобретение относится к способам получения полимерных люминесцирующих материалов. Люминесцирующий селективно поглощающий излучение материал может быть использован в сельском хозяйстве в качестве светопреобразующего материала, в производстве экранов и мониторов, для целей организации специальной и декоративной подсветки интерьеров, специального освещения, рекламы, оформления витрин и т.п.

[2]

В настоящее время предложены многочисленные способы изготовления флуоресцирующих полимерных пленок для коррекции спектрального состава излучения.

[3]

Известен способ (патент РФ №2488621), заключающийся в нанесении на стекло или листовой поликарбонат коллоидных полупроводниковых люминофоров, диспергированных в полимерных лаках и лаковых основах, типа поликарбоната, полиметилметакрилата, поливинилхлорида и некоторых других.

[4]

Для эффективной работы люминесцирующего слоя он должен быть нанесен на подложку сверху, т.е. снаружи, со стороны падающего света. Это необходимо по причине того, что любая из указанных в патенте подложек имеет собственное поглощение в УФ-области. Люминесцирующий слой, нанесенный на подложку сверху, подвергается воздействию негативных факторов окружающей среды (осадков, солнечного света, температуры), что приводит к его отслаиванию, а также к уменьшению интенсивности люминесценции. Кроме того, использование в качестве полимерной матрицы или подложки из полихлорвинила (ПВХ) является нежелательным, т.к. при воздействии на ПВХ солнечного света в материале происходит процесс элиминирования с выделением газообразной соляной кислоты, что приводит к разрушению диспергированных в материале люминофоров.

[5]

Известен также способ получения наночастиц сульфида кадмия непосредственно в полимерной матрице (патент РФ №2370517). В способе используются блок-сополимеры стирола с этиленоксидом и 4-винилпиридином. Процесс проводится в эмульсии, стабилизированной додецилсульфатом в водной среде или полярном растворителе (спирте). В качестве прекурсоров используются водорастворимые соли кадмия, сульфид натрия или сероводород. Недостатком данного метода является сложность приготовления коллоидной стабильной эмульсии, большая длительность процесса (перемешивание в течение суток и более), а также наличие дополнительной громоздкой стадии отмывки анионного поверхностно-активного вещества (ПАВ).

[6]

Наиболее близким аналогом является способ получения концентрата на основе люминесцирующего пигмента (патент РФ №2007433). Концентрат содержит полиэтилен высокого давления (ПЭВД), парафиновый углеводород, а также дневной флуоресцирующий пигмент на основе меламинформальдегидных смол и органической люминесцентной составляющей на основе родамина. Красящий концентрат приготовляется в смесителе при температуре 120-145°C. После окончания цикла перемешивания полученный красящий концентрат гранулируют. Окрашивание полиэтилена проводят путем смешения гранул красящего концентрата с гранулами полиэтилена с последующей обработкой методом экструзии или литья под давлением.

[7]

Недостатком способа является высокая токсичность процесса, т.к. при температурах переработки материала происходит выделение формальдегида, что приводит к необходимости введения поглотителя формальдегида. Кроме того, родамины будучи органическими люминофорами имею низкую фотостабильность и выгорают на солнце в течение нескольких дней (см., например, Теренин А.Н. Фотоника молекул красителей. Л.: Наука, 1967).

[8]

Задачей изобретения является создание малотоксичного способа получения материала, обеспечивающего повышение фотостабильности светокорректирующей пленки.

[9]

Технический результат заключается в снижении токсичности способа получения материала с использованием флуоресцирующей добавки, обеспечивающей повышение фотостабильности светокорректирующей пленки, повышение эффективности преобразования естественного света.

[10]

Задача изобретения решается тем, что в способе получения материала для изготовления светокорректирующей полимерной пленки, заключающемся в перемешивании термопластичного полимера, углеводородов парафинового ряда и флуоресцирующей добавки с использованием органических растворителей, нагреве ингредиентов в процессе их перемешивания, выгрузке материала и его гранулировании, согласно изобретению перед выгрузкой материала проводят его осаждение, в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, а для получения осадка температуру раствора снижают, в качестве флуоресцирующей добавки используют квантовые точки с заданной эффективной шириной запрещенной зоны, а упомянутые ингредиенты используют в следующих соотношениях, мас.%:

[11]

квантовые точки - 0,01÷1,0;

[12]

углеводороды парафинового ряда - не более 4,5;

[13]

термопластичный полимер - остальное.

[14]

В частном случае применения изобретения перемешивание раствора производят при температуре 60÷80°С, а для получения осадка температуру раствора снижают до 35÷45°С, при этом в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, взятых из ряда п-, о- или м-ксилола, крезол, бензол, скипидар, гексанон, гексан, октан, декан, толуол, метилцеллозольв, пиридин, ацетон, тетрагидрофуран, этанол, метанол, бутанол, аллилацетат.

[15]

В других частных случаях при получении материала заявленным способом в раствор могут дополнительно вводить светостабилизирующую добавку не более 5,0 мас.%., пластификатор не более 5,0 мас.%, поверхностно-активные вещества не более 0,1 мас.%, антиоксиданты не более 1 мас.%, светорассеивающую добавку не более 3,5 мас.%.

[16]

В предпочтительном случае осуществления заявленного способа выгруженный осадок осушают, удаляя из него осадитель, осадитель улавливают и возвращают в раствор.

[17]

При осуществлении способа целесообразно использовать квантовые точки, эффективная ширина запрещенной зоны которых находится в пределах от 0,1 до 1,5 электронвольт (eV).

[18]

Квантовые точки имеют большой потенциал практического применения. В первую очередь это связано с возможностью изменения такого параметра квантовой точки, как эффективная ширина запрещенной зоны. При этом изменяются оптические свойства системы: длина волны люминесценции, область поглощения. С практической точки зрения важные оптические диапазоны - видимый 400-750 нм, ближний инфракрасный 800-900 нм - окно прозрачности крови, 1300-1550 нм - телекоммуникационный диапазон.

[19]

Квантовые точки могут быть созданы на основе гетеропереходов.

[20]

Данный подход реализуется в квантовых точках типа ядро-оболочка (ядро из одного полупроводника, оболочка из другого). По аналогии с классической теорией гетеропереходов можно выделить две разновидности квантовых точек типа ядро-оболочка.

[21]

Тип 1. Широкозонный полупроводник является оболочкой, узкозонный - ядром. Более широкозонный полупроводник выполняет роль пассиватора поверхностных состояний и локализует электрон-дырочную пару внутри ядра. Данный подход используется для увеличения эффективности люминесценции.

[22]

Тип 2. Ширины запрещенных зон полупроводников сопоставимы, однако края зон сдвинуты относительно друг друга. Фотовозбужденным носителям заряда энергетически выгодно находиться в разных частях такого нанокристалла, например, электрону выгодно находиться в оболочке, дырке - в ядре (либо наоборот). Квантовые точки ядро-оболочка типа 2 демонстрируют пространственное разделение носителей заряда и могут быть интересны для создания систем с большим временем жизни фотовозбужденной электрон-дырочной пары (вследствие уменьшения перекрывания волновых фунций электроны и дырки). Другим эффектом является уменьшение эффективной ширины запрещенной зоны (ширина запрещенной зоны определяется разностью энергий края зоны проводимости материала оболочки и края валентной зоны материала ядра) и смещение максимума люминесценции в красную область.

[23]

Дисперсия коллоидных нанокристаллов по размеру приводит к уширению полос поглощения в спектрах (см. Nanocrystal quantum dots./Second Edition. Edited by Victor Klimov. USA, 2004). В режиме полного квантового ограничения энергия перехода в первом приближении обратно пропорциональна радиусу нанокристалла. В этом случае уширение полосы поглощения пропорционально сдвигу этого перехода относительно ширины запрещенной зоны объемного материала. В связи с указанным для обеспечения характеристик флуоресцирующих материалов целесообразно задавать не размеры квантовых точек, а эффективную ширину запрещенной зоны.

[24]

Методы коллоидной химии позволяют синтезировать многокомпонентные квантовые точки из полупроводников с различными характеристиками, в первую очередь, с различной шириной запрещенной зоны (см., например, патент РФ №2346022).

[25]

Для квантовых точек возможно образование твердых растворов полупроводников, если наблюдается взаимная растворимость материалов в объемном состоянии. Как и в случае объемных полупроводников, образование твердых растворов приводит к модификации энергетического спектра - эффективные характеристики являются суперпозицией значений для индивидуальных полупроводников. Данный подход позволяет изменять эффективную ширину запрещенной зоны при фиксированном размере квантовой точки, что дает еще один способ управления их характеристиками.

[26]

Известно, что фотостабильность коллоидных полупроводниковых квантовых точек со структурой ядро-оболочка в кислородсодержащей среде невысокая (см., например, патент РФ №2461813), поэтому при получении материала для изготовления светокорректирующей пленки целесообразно распределять квантовые точки в объеме полимера.

[27]

В качестве термопластичного полимера (термопласта) предлагается использовать следующие полиолефины: полиэтилен (ПЭ) низкого и высокого давлений (ПЭНД и ПЭВД); смеси ПЭНД и ПЭВД; полипропилен (ПП) и его смеси с ПЭ; полибутадиен (ПБ) и его смеси с ПЭ и ПП; полистирол; полибутилен и его сополимеры; сополимеры ПБ и этилена; полистирол и его сополимеры; поли-4-метилпентен-1 и его сополимеры; сополимеры этилена с винилацетатом.

[28]

В качестве светостабилизирующей добавки могут использоваться следующие вещества: пространственно-затрудненные пипередины, типа 2,2,6,6,-тетраметилпипередиламид, 1-(2-оксиэтилен-2,2,6,6-тетраоксипипередин, (тинувин-622), а также диацетам-5 и полицетам-81.

[29]

В способе получения заявляемого материала также могут использоваться следующие улучшающие добавки: пластификаторы; ПАВ анионной, катионной и неионогенной природы; антиоксиданты и светорассеивающие добавки, возможно пигменты.

[30]

В качестве пластификатора (модификатора механических свойств и реологии) могут использоваться следующие вещества: нуклеирующие агенты - 4-дифенилкарбоновая кислота, дибензилиденсорбитол, тимин, олигоэфиры, сомономеры бутена, гексена и октена.

[31]

В качестве ПАВ могут использоваться вещества как катионной (например, алкоксибензалконийхлорид), так и анионной (алкилсульфоэтоксилат) природы.

[32]

В качестве антиоксидантов могут использоваться замещенные фенолы, ароматические амины и триалкилфосфины.

[33]

В качестве светорассеивающей добавки могут использоваться следующие вещества: SiO2 (аэросил), ZnO (оксид цинка), мел (карбонат кальция).

[34]

Одна из возможных сфер применения светокорректирующей пленки - использование ее в качестве пленочного укрытия теплиц, предназначенных для выращивания растений в защищенном грунте.

[35]

Известно, что применение флюоресцирующих пленок в сельском хозяйстве связано с тем обстоятельством, что эффективность целого ряда фотосинтетических и фототропических эффектов в зеленых растениях принципиальным образом зависит от спектрального состава падающего излучения (Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. Новосибирск: Наука, 1991).

[36]

Обобщенная спектральная зависимость (линия 2) фотосинтетической активности растений приведена на фиг.1. Там же приведены зависимость спектрального распределения естественного освещения в теплице, покрытой стандартной пленкой толщиной 100 мкм (линия 1), и зависимость спектрального распределения освещения в теплице, покрытой флуоресцирующей ПЭВД-пленкой, произведенной с использованием заявляемого материала (линия 3).

[37]

Светокорректирующая пленка изготавливается на основе материала, полученного в процессе перемешивания термопластичного полимера, углеводородов парафинового ряда и флуоресцирующей добавки с использованием органических растворителей, нагрева ингредиентов в процессе их перемешивания, выгрузки материала и его гранулирования, при этом перед выгрузкой материала проводят его осаждение, в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, а для получения осадка температуру раствора снижают, в качестве флуоресцирующей добавки используют квантовые точки с заданной эффективной шириной запрещенной зоны. В этом случае для насыщения массы полиолефина могут быть использованы коллоидные квантовые точки, изготовленные на основе сульфидов, селенидов и халькогенидов кадмия, свинца, индия; селенидов указанных металлов, содержащие фазу или оболочку или один или более слоев сульфидов цинка и кадмия или других полупроводниковых материалов, отличающихся шириной запрещенной зоны. Эффективная ширина запрещенной зоны в данном случае должна находиться в пределах 0,5÷1,4 eV и квантовые точки при этой ширине запрещенной зоны эффективно люминесцируют в области 580-700 нм.

[38]

Ингредиенты вводят в материал в следующих соотношениях: квантовые точки 0,01÷1,0 мас.%; углеводороды парафинового ряда не более 4,5 мас.%; термопластичный полимер - остальное.

[39]

В частном случае применения изобретения перемешивание раствора производят при температуре 60÷80°С, а для получения осадка температуру раствора снижают до 35÷45°С, при этом в качестве осадителя используют смесь органических растворителей, взятых из ряда п-, о- или м-ксилола, крезол, бензол, скипидар, гексанон, гексан, октан, декан, толуол, метилцеллозольв, пиридин, ацетон, тетрагидрофуран, этанол, метанол, бутанол, аллилацетат.

[40]

Материал может дополнительно содержать светостабилизирующую добавку не более 5,0 мас.%, пластификатор не более 5,0 мас.%, ПАВ не более 0,1 мас.%, антиоксиданты не более 1 мас.%, светорассеиваюшую добавку не более 3,5 мас.%.

[41]

Для дополнительного снижения токсичности заявленного способа при получении материала выгруженный осадок осушают, удаляя из него осадитель, осадитель улавливают и возвращают в раствор.

[42]

Ниже приводятся конкретные примеры реализации данного изобретения.

[43]

Пример 1

[44]

В дисольвер для перемешивания загружали, % мас.:

[45]

- 83,079 % мас. подходящего растворителя, выбранного из ряда п-, о- или м-ксилолы, крезол, скипидар, гексанон, гексан, октан, декан, толуол, метилцеллозольв, пиридин, ацетон, этанол, метанол, бутанол, аллилацетат,

[46]

- 16,7 % мас. полиэтилена ПЭВД (ГОСТ 16337-77, производства АО «Казаньоргсинтез»),

[47]

- 0,17 % мас. углеводородов парафинового ряда- смеси пентадекана с гептадеканом в массовом соотношении 1:1,

[48]

- 0,017 % мас. светостабилизатора Тинувин-622,

[49]

- 0,017 % мас. пластификатора- диоктилфталата,

[50]

- 0,017 % мас. коллоидного люминофора на основе квантовых точек «CANdots» (CAS N1306-23-7, квантовые точки с ядром CdSe и оболочкой ZnSe/ZnS, дисперсия в гексане, максимум пика люминисценции при 620 нм, производитель Strem Chemicals Inc).

[51]

Перемешивание проводится в течение 2-х часов при температуре 60-80°C. По достижении полного растворения в смесь добавляется осадитель из указанного выше ряда и температура снижается до 35-45°C.

[52]

Процесс разделения происходит в узком температурном диапазоне ΔT=2-4°C, т.к. является аналогом фазового перехода. Осаждение начинается с резкого возрастания вязкости и последующей стадией коацервации, которая быстро переходит в осаждение (см. Папков С.П. Физико-химические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1971. Полипропилен. Под ред. В.И. Пилиповского и И.К.Ярцева. Л.: Химия, 1967).

[53]

Полнота и качество такого осаждения зависят от тщательного подбора системы «растворитель-осадитель».

[54]

Растворителями в данной системе являются неполярные углеводороды алканового ряда (гексан, октан, декан, додецилдекан и аналогичные), ксилолы, толуол и аналогичные. К осадителям относятся полярные соединения типа пиридин, ацетон, этанол, этилацетат, метанол, бутанол, аллилацетат и им подобные.

[55]

Использована следующая общая схема подбора оптимальной смеси растворителей и/или осадителей. Смесь подбирается таким образом, чтобы обеспечить начало осаждения при температуре 45°C, после чего проверяется полнота растворения при повышении температуры. Оптимальной считается такая смесь, когда при 60-80°C происходит полное растворение полимера. Подбор оптимальной смеси «растворитель-осадитель» дополнительно осложняется необходимостью соосаждения полимера совместно с квантовыми точками и равномерностью их распределения в объеме осажденного полимера.

[56]

Для обеспечения более полного осаждения предлагается некоторое количество осадительных компонентов добавлять в перемешиваемую смесь при температуре растворения.

[57]

Парафиновые углеводороды добавляют в систему не как растворитель или осадитель, а в качестве модификатора реологии.

[58]

По мере выпадения осадок выгружается на ленту ленточного осушителя, где теплым воздухом отдувается основная масса растворителя. Отдуваемый растворитель улавливается и возвращается обратно в дисольвер. С транспортера ленточного осушителя хлопья полимера выгружаются в бункер измельчителя.

[59]

Полученный материал представляет собой суперконцентрат, который используют для производства пленочного материала. Производство пленки (рукава) толщиной 100 мкм осуществляли с помощью лабораторного экструзера и промышленной установки ОРП. Норма ввода материала (суперконцентрата) составила 50 г на 1 кг коммерческого гранулята ПЭВД марки 153 13-003 (ГОСТ 16337-77).

[60]

Флуоресцентные свойства полученных пленок подтверждаются спектром, приведенным на фиг. 2. Возбуждение проводится светодиодом на длине волны 400 нм. Максимум флуоресценции находится при 620 нм в соответствие с паспортным значением для использованных квантовых точек «CANdots» (производитель Strem Chemicals Inc.).

[61]

Полученная флуоресцирующая пленка испытывалась в вегетационных опытах на Михневской опытной станции ВНИИР по известной методике (см. Минич А.С., Минич И.Б., Райда B.C. и др.// Сельскохозяйственная биология. 2003. №3. С. 112-115). Результаты испытаний образцов флуоресцирующей пленки по ее влиянию на продуктивность некоторых сельскохозяйственных культур представлены в таблице 1, приведенной на фиг. 3. Для выращивания растений использовали почвенную смесь, состоящую из равных количеств перегноя, чернозема и торфа. Растения выращивали в защищенном грунте с использованием обогреваемых культивационных сооружений. Спектральный состав освещения в теплице и приведенную освещенность контролировали на спектрометре AvaSpec-2040 (производство фирмы Avantes). В качестве контрольного пленочного укрытия использовали стандартную пленку по ГОСТ 10354-82 номинальной толщиной 100 мкм.

[62]

Пример 2

[63]

На стадии приготовления раствора использовали, % мас.:

[64]

- 83,047 % мас. подходящего растворителя из списка по Примеру 1,

[65]

- 16,7 % мас. ПЭВД указанной квалификации;

[66]

- 0,17 % мас. углеводородов парафинового ряда - смеси пентадекана с гептадеканом в массовом соотношении 1:1;

[67]

- 0,083 % мас. квантовых точек «CANdots» с максимумом люминесценции при 620 нм.

[68]

Полученный материал использовался в 20-кратном разбавлении для получения флюоресцирующей пленки, как описано в примере 1. Полученные пленки испытывались в вегетационных опытах. Результаты также приведены в таблице 1 (фиг. 3).

[69]

Пример 3

[70]

На стадии приготовления раствора использовали, % мас.:

[71]

- 82,9% мас. подходящего растворителя из списка по Примеру 1;

[72]

- 16,6% мас. ПЭВД указанной квалификации;

[73]

- 0,16% мас. углеводородов парафинового ряда;

[74]

- 0,16% мас. квантовых точек «CANdots» с максимумом люминесценции при 620 нм;

[75]

- 0,03% мас. тонкодисперсного SiO2 в виде аэросила марки А-380;

[76]

- подходящий растворитель из списка по Примеру 1 - остальное до 100 мас.%.

[77]

Полученный материал использовался в 20-кратном разбавлении для получения флюоресцирующей пленки, как описано в примере 1. Полученные пленки испытывались в вегетационных опытах. Результаты приведены в таблице 1.

[78]

Пример 4

[79]

Флуоресцирующую пленку получали, как в примере 3, за исключением того, что вместо аэросила А-380 добавляли мелкодисперсный ZnO в количестве 0,03% мас., использовали 0,05 мас.% поверхностно-активного вещества - алкилсульфата, 4,5 мас.% светостабилизатора - фенилсалицилата, 4,5 мас.% пластификатора диоктилфталата и до 100 мас.% растворителя ксилола. Данные по эффективности полученного материала приведены в таблице 1.

[80]

Результаты испытаний показывают достаточно высокую эффективность светокорректирующего материала. Применение в качестве флуоресцирующей добавки квантовых точек с заданной эффективной шириной запрещенной зоны обеспечивает повышение эффективности преобразования естественного света, а также фотостабильности флуоресцирующей добавки, что позволило культивировать растения в течение всего срока вегетации без замены пленочного материала. Кроме того, применение квантовых точек позволило снизить токсичность производства светокорректирующего материала.

[81]

Другая возможная сфера применения светокорректирующей пленки - использование ее для изготовления люминесцентных экранов и мониторов.

[82]

Люминесцентный экран состоит из светодиодной матрицы на основе экономичных и высокоэффективных синих светодиодов и люминесцентного полимерного покрытия с нанесенным на него полиолефиновым полимером, содержащим квантовые точки.

[83]

Полимерное покрытие представляет собой полимерную основу, оптически прозрачную в синей видимой области спектра 380-450 нм, изготовленную на основе следующих полимеров: полиметакрилатов, или поликарбонатов, или полистирола и аналогичных полимеров с нанесенным чередующимися слоями полиолефина, содержащего квантовые точки, характеризующиеся люминесценцией в зеленой G (540-580 нм) и красной R (620-630 нм) областях спектра, и слоя, не содержащего фотоактивной добавки (В).

[84]

Нормированные спектральные профили RGB-факторов люминесцирующих слоев на основе квантовых точек CdSe/CdS/ZnS приведены на фиг. 4. На графике линия 1 отражает характеристику: нелюминесцирующий слой, светодиод с максимумом высвечивания λmax=400 нм и шириной пика Δλ=10 нм; линия 2 - слой с квантовыми точками, люминесцирующими в зеленой области спектра, λmax=540 нм, Δλ=45 нм; линия 3 - слой с квантовыми точками, люминесцирующими в красной области спектра, λmax=630 НМ, Δλ=40 НМ.

[85]

Основные параметры высвечивающих элементов приведены в таблице 2 (см. фиг. 5).

[86]

Высокие оптические свойства RGB-элементов позволяют получить область цветового охвата, существенно более широкую, чем у традиционных OLED-мониторов. Цветовой охват дисплея (пунктирный треугольник) на основе полиолефиновой пленки, модифицированной квантовыми точками CdSe/CdS/ZnS (см. фиг. 6).

[87]

Управление физической яркостью пикселя может быть осуществлено методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), что позволяет получить более глубокие ахроматические оттенки и соответственно высокую степень контрастности (см., например, Шуберт Ф.Е. Светодиоды. М.: ФИЗМАТГИЗ, 2008. Бугров В.Е., Виноградова К.С. Оптоэлектроника светодиодов. СПб.: 2013). Применение экономичной и дешевой синей светодиодной матрицы, прекрасные физико-оптические свойства квантовых точек, а также указанный метод управления физической яркостью пикселя обусловили более высокую эффективность люминесцентного дисплея по сравнению с традиционными OLED-дисплеями.

[88]

В качестве слоя с квантовыми точками, люминесцирующими в красной области спектра, может быть использована пленка, полученная из материала по примеру 1.

[89]

Для получения люминесцирующей пленки, предназначенной для использования в люминесцентных экранах, в качестве сырья использовали смесь полиолефина марки Lupol (производства LG Chemicals, Южная Корея).

[90]

Для изготовления однослойной флюоресцирующей пленки с квантовыми точками, люминесцирующими в зеленой области, методом выдува рукава использовали суперконцентрат, полученный в соответствии с разработанной технологией с использованием квантовых точек «CANdots» (CAS N1306-23-7, квантовые точки с ядром CdSe и оболочкой ZnSe/ZnS, дисперсия в гексане, максимум пика люминесценции при 550 нм, производитель Strem Chemicals Inc, эффективная ширина запрещенной зоны составляет 0,7 эВ).

[91]

Пример 5

[92]

Для получения суперконцентрата в диссольвер для перемешивания загружали:

[93]

- 87,5 % мас. смеси растворителей по примеру 1,

[94]

- 10% мас. указанного выше полиолефина,

[95]

- 0,5% мас. углеводородов парафинового ряда - смеси пентадекана с гептадеканом в массовом соотношении 1:2,

[96]

- 0,5% мас. светостабилизатора - гидроксифенилбензотриазола,

[97]

- 0,3% мас. пластификатора - дибутилфталата,

[98]

- 0,2% мас. антиоксиданта - фенил-п-фенилендиамина,

[99]

- 0,5% мас. модификатора реологии - изононилизононата,

[100]

- 0,5% мас. коллоидного люминофора на основе квантовых точек «CANdots» (CAS N1306-23-7, квантовые точки с ядром CdSe и оболочкой ZnSe/ZnS, дисперсия в гексане, максимум пика люминесценции при 550 нм, производитель Strem Chemicals Inc).

[101]

Перемешивание проводится в течение 1,0 часа при температуре 80°C. По мере достижения полного растворения в смесь добавляется осадитель из указанного выше ряда и температура снижается до 35°C. По мере выпадения осадок выгружается на ленту ленточного осушителя.

[102]

Осушение полученного осадка осуществляется воздухом при 50%» в течение 0,5 часа, удаляется основная масса растворителей и осадителей. Отдуваемый растворитель улавливается и возвращается обратно в диссольвер.

[103]

Подготовленный суперконцентрат используют для производства пленочного материала методом выдува рукава. В результате получена флуоресцирующая пленка толщиной 80 мкм с прочностью на разрыв 125 кг/м2 и относительным удлинением при разрыве 205%.

[104]

Абсолютный квантовый выход люминесценции полученного материала, измеренный по примеру 5, составил 55%.

[105]

Пример 6

[106]

Флуоресцирующую пленку получали, как в примере 5, за исключением того, что вместо указанного антиоксиданта использован антиоксидант марки Lowinox СА22- пространственно-затрудненный фенольный антиоксидант.

[107]

Квантовый выход флюоресценции полученного светокорректирующего материала составил 42%.

[108]

Приведенные примеры получения и применения материала для изготовления флуоресцирующих пленок показывают, что материал, получаемый заявленным способом, может быть использован в различных отраслях промышленности с получением заявленных полезных свойств.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты