一种光敏聚合物组合物及其制备方法和全息衍射光栅元件技术

本发明专利技术提供一种光敏聚合物组合物及其制备方法和全息衍射光栅元件，以质量分数计，组合物包括以下组分：光固化单体5～30％，双重固化单体5～30％，光引发剂0.1～5％，共引发剂0.5～5％，液晶20～50％，溶剂10～50％，添加剂0.1～5％；所述双重固化单体包括含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体；和含异氰酸酯的丙烯酸酯单体。本发明专利技术通过采用双重固化单体，在光固化之前进行热固化即可得到柔性HPDLC；同时不影响后续的光固化性能。该组合物的制备方法工艺简单，有利于大批量生产加工，还具有成本低、质量轻、可控性好、液晶稳定性好不易团聚等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光敏聚合物组合物及其制备方法和全息衍射光栅元件


[0001]本专利技术属于光学材料
，尤其涉及一种光敏聚合物组合物及其制备方法和全息衍射光栅元件，特别指含有双重固化单体的柔性全息聚合物分散液晶(HPDLC)组合物及光栅。

技术介绍

[0002]全息记录材料是利用光学干涉的原理，能够将物光波的全部信息(包括振幅和位相)以干涉纹的形式记录下来的一类材料。在典型的加工方式中，光致聚合物组合物通过可见光激光照射形成元件，用于全息记录的聚合物分散液晶(HPDLC)组合物中的单体通过聚合反应而形成(固化的)聚合物。其结果，可以在HPDLC组合物形成的元件中产生能够形成干涉图案的结构特征。与此同时，通过对折射率的调制，使得可以形成具有高衍射效率的相位全息图。光敏/光致聚合物材料具有高灵敏度、高分辨率、高信噪比、成本低廉、加工工艺简单等特点，是体全息器件领域最有潜力的记录材料之一。
[0003]作为全息记录材料的光敏/光致聚合物体系一般包含光引发剂、一种或多种单体、液晶等。全息相干光照射光引发剂、单体和液晶的均匀混合物时，光引发剂在相干亮区产生活性中心，引发单体聚合。聚合物的化学势与液晶不同，导致相分离发生。液晶从相干亮区向相干暗区扩散，而单体从相干暗区向亮区扩散，直至反应停止，最终形成化学物质和折射率成正弦分布的全息聚合物分散液晶光栅，在介质内形成位相型全息图。因此，理论上单体与液晶之间相分离越彻底，最终HPDLC光栅的折射率调制度也越大。
[0004]传统HPDLC的制备方法通常是将液态HPDLC材料加热至清亮点后灌入液晶盒，随后进行曝光漂白等操作，最后得到面积较小，厚度较大，同时结构刚性易碎的液晶盒样品。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种光敏聚合物组合物及其制备方法和全息衍射光栅元件，该组合物在一定温度下热固化形成柔性薄膜材料，不影响后续的光固化性能。
[0006]本专利技术提供了一种光敏聚合物组合物，以质量分数计，包括以下组分：光固化单体5～30％，双重固化单体5～30％，光引发剂0.1～5％，共引发剂0.5～5％，液晶20～50％，溶剂10～50％，添加剂0.1～5％；所述双重固化单体包括含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体；和含异氰酸酯的丙烯酸酯单体。本专利技术通过采用双重固化单体，在光固化之前进行热固化即可得到柔性HPDLC；同时不影响后续的光固化性能。该组合物的制备方法工艺简单，有利于大批量生产加工，还具有成本低、质量轻、可控性好、液晶稳定性好不易团聚等优点。热固化得到的聚氨酯/聚脲丙烯酸酯预聚体可在光固化过程中与液晶发生相分离，得到HPDLC光栅。本专利技术通过调节聚氨酯/聚脲网络结构的孔隙，能够调控液晶结晶过程，防止液晶团聚并优化相分离过程。
附图说明
[0007]图1为本专利技术双重固化反应步骤和机理；
[0008]图2为本专利技术提供的器件结构示意图；
[0009]图3为本专利技术曝光光路示意图。
具体实施方式
[0010]本专利技术提供了一种用于衍射光栅的光敏聚合物组合物，以质量分数计，包括以下组分：
[0011]光固化单体5～30％，双重固化单体5～30％，光引发剂0.1～5％，共引发剂0.5～5％，液晶20～50％，溶剂10～50％，添加剂0.1～5％；
[0012]所述双重固化单体包括含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体；和含异氰酸酯的丙烯酸酯单体。
[0013]本专利技术提供的光敏聚合物组合物包括光固化单体5～30％；本专利技术中，使用具有光聚合活性的单体，以在曝光时，进行聚合反应以及形成交联结构。适用于本专利技术的聚合活性的光固化单体包括丙烯酸酯类单体和/或环氧类化合物。在本专利技术一些优选的实施方案中，出于提高折射率调制度方面的考虑，对于所述聚合活性单体，具有1.55以下，优选为1.50以下，进一步优选为1.47以下的折射率。本专利技术的光固化单体中，优选可以通过引入氟、硅等元素，降低表面能，提高单体和液晶的相分离程度，同时也可以降低聚合物/LC之间的界面锚定力，从而降低驱动电压。另外，本专利技术的光固化单体中，可以包括具有一个或多个(指两个或两个以上)官能团的聚合活性单体。这样的光固化单体，可以全部为丙烯酸酯类单体，也可以是环氧类和丙烯酸酯类单体的混合物。具体实施例中，所述光固化单体选自质量比为3:4的环氧改性硅树脂SMH
‑
30和1,1,1,3,3,3
‑
六氟异丙基丙烯酸酯的混合物；或所述光固化单体选自1,1,1,3,3,3
‑
六氟异丙基丙烯酸酯；或所述光固化单体选自1H,1H,2H,2H
‑
十七氟癸烷丙烯酸酯。
[0014]本专利技术提供的光敏聚合物组合物包括双重固化单体5～30％；所述双重固化单体是一类既可以发生热固化，又可以发生光固化的单体；所述双重固化单体包括含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体；和含异氰酸酯的丙烯酸酯单体；优选选自分子量为800以上的含羟基、氨基或异氰酸酯基团的丙烯酸酯单体。优选地，这些材料具有较低折射率，进一步优选这些材料的折射率为1.47以下。具体实施例中，所述双重固化单体选自羟基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯L
‑
6111、氨基聚乙二醇丙烯酸酯和异氰酸酯丙烯酸酯中至少两种；所述羟基丙烯酸酯选自季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇戊
‑
/己
‑
丙烯酸、双酚A丙三醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸2
‑
羟基
‑3‑
苯氧基丙酯、L
‑
8468、L
‑
1257和L
‑
6909中的一种或多种；所述异氰酸酯丙烯酸酯选自AOI、MOI和MOI
‑
EG中的一种或多种。
[0015]在本专利技术中，所述羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体与含异氰酸酯的丙烯酸酯单体的质量比为5～50：1，优选为20：1。
[0016]本专利技术提供的光敏聚合物组合物包括光引发剂0.1～5％，所述光引发剂选自是一类能够吸收特定波长的光，并经过一系列化学过程生成具有引发聚合能力的活性种的感光化合物。根据光解后产生的活性中心种类，所述光引发剂分为自由基型光引发剂、光产酸剂(阳离子型光引发剂)和光产碱剂。在本专利技术中，所述自由基型光引发剂优选为具有光引发
活性的可见光光敏剂，优选选自Irgacure 784、新亚甲基蓝、硫堇、碱性红2、碱性黄、氯化频哪氰醇、罗丹明6G、倍花青、乙基紫、维多利亚蓝R、天青石蓝、喹哪啶红、结晶紫、亮绿、碱性橙G(astrazon orangeG)、达罗红(darrow red)、派洛宁Y、孟加拉玫瑰红、薯红Y、米氏酮、氨基香豆素、吡喃碘鎓(pyrillium I)、二碘荧光素、花青素、亚甲基蓝、2,5
‑
双{[4
‑
(二乙基氨基)
‑2‑
甲基苯基]亚甲基}环戊酮、结晶紫(leuconitrile)和孔雀绿(leuconitrile)中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏聚合物组合物，以质量分数计，包括以下组分：光固化单体5～30％，双重固化单体5～30％，光引发剂0.1～5％，共引发剂0.5～5％，液晶20～50％，溶剂10～50％，添加剂0.1～5％；所述双重固化单体包括含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体；和含异氰酸酯的丙烯酸酯单体。2.根据权利要求1所述的光敏聚合物组合物，其特征在于，所述光固化单体包括但不限于含氟或硅的聚合活性单体，所述含氟或硅的聚合活性单体的折射率为1.55以下，且含氟或硅的聚合活性单体具有一个或多个官能团。3.根据权利要求1所述的光敏聚合物组合物，其特征在于，所述双重固化单体的分子量均大于等于800。4.根据权利要求1所述的光敏聚合物组合物，其特征在于，所述含羟基、氨基或环氧基团的丙烯酸酯单体与含异氰酸酯的丙烯酸酯单体的质量比为5～50：1。5.根据权利要求1所述的光敏聚合物组合物，其特征在于，所述光引发剂选自Irgacure 784、碱性红2、薯红Y、亚甲基蓝、罗丹明6G、二碘荧光素、氨基香豆素、四苯基硼盐、三苯基正丁基硼盐、2
‑
异丙基硫杂蒽酮、4
‑
二甲基氨基苯甲酸乙酯中的一种或多种；所述共...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬彬，陈淑丹，张卓鹏，魏一振，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：