專利名稱：一種光學(xué)可變薄膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜材料及制備該材料的方法，特別涉及一種光學(xué)可變薄膜材料以及該材料的制備方法。
背景技術(shù)：
通常衍射光柵主要是由材料中的線或槽而制成的重復(fù)結(jié)構(gòu)來形成峰與谷的結(jié)構(gòu)。當(dāng)衍射光柵在反射表面上每毫米具有幾百至幾千有規(guī)律間隔開的溝槽時，就產(chǎn)生了可視光譜中理想的光學(xué)效果。
光柵衍射技術(shù)已經(jīng)被用來形成會使觀察者產(chǎn)生三維影象幻覺的二維全息圖案，并已經(jīng)以全息圖的形式廣泛應(yīng)用與各種物品上作為安全防偽措施。
隨著光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)材料的種類層出不窮。特別是隨角度變色材料的制備方法可以有多種手段達(dá)到目標(biāo)，如一種是采用手性分子，通過定向分子排列產(chǎn)生特定的螺旋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致色彩隨角度變化而變；另一種是通過氧化的納米金屬微粒材料達(dá)到隨角度變色的效果；再一種是根據(jù)多層光學(xué)薄膜之間具有干涉效應(yīng)的原理隨角度變換產(chǎn)生色彩變換。但是采用上述方式，其色彩的變換只能是從一種波長變換到另一個波長，所得的材料是一種單變色材料，用于產(chǎn)品防偽、產(chǎn)品包裝、證件安全、表面裝飾及光學(xué)反光等領(lǐng)域受到一定的限制。
本發(fā)明的聚合物材料由光引發(fā)共聚制得，通常為固態(tài)透明薄膜，具有一定的柔韌性。其膜的組分中包括成膜物醋酸乙烯酯共聚物，烯基不飽和單體，光引發(fā)體系以及增塑劑、表面活性劑等功能添加劑。其中成膜物醋酸乙烯酯共聚物如聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇縮甲醛、醋酸乙烯酯均聚物或共聚物，或它們與乙基乙烯基醚的共聚物。單體為烯基不飽和類，它們可以進(jìn)行自由基加成聚合，通常在末端位置上含有不飽和基團(tuán)，具有高于100℃的沸點(diǎn)，并能夠較好的與溶劑及成膜材料混溶。如單官能團(tuán)丙烯酸酯類、N-乙烯基咔唑類；光引發(fā)體系是指在光輻照激化時，可直接提供自由基，進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)。光引發(fā)體系包括光引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑及光敏劑，光敏劑，如米氏酮、二乙氨基-亞芐基環(huán)戊酮、1，3，3-三甲基-2-[5-(1，3，3-三甲基-2-吲哚叉)-1，3-戊二烯]吲哚碘鹽。光引發(fā)劑如2，4，6-三苯基咪唑基雙聯(lián)體。鏈轉(zhuǎn)移劑如2-巰基苯并噁唑、十二硫醇、巰基苯并噻唑。在該薄膜中還可以加入非離子型的表面活性劑如FluoradFC-4430，用以調(diào)節(jié)涂覆性能。
這種感光高分子材料的制備方法是1、反應(yīng)物的制備在紅燈下，加入各種組分到溶劑中，同時用磁力攪拌等，直到完全溶解。控制溶液的固含量在10％-45％；2、膜的制備在涂布機(jī)上將上述溶液涂布在塑料膜上，如PET膜等，PVC在65-75℃的干燥機(jī)中干燥5-10分鐘，獲得3-15μm涂層的感光高分子材料，干燥后覆保護(hù)膜收卷即可；3、將已涂布的感光高分子材料剝開保護(hù)層，緊緊覆蓋在反射鏡的鍍鋁表面，用大功率的鈉燈或半導(dǎo)體激光器、氣體激光器等色純度較好的激光器輻照，形成干涉條紋，于高壓水銀汞燈照射定影。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的利用上述感光高分子材料，運(yùn)用光學(xué)干涉原理，在該高聚物全息感光材料中形成特定波長的反射條紋，達(dá)到隨觀察角度變換而改變相應(yīng)的反射波長效果的光學(xué)可變薄膜材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種光學(xué)可變薄膜材料的制備方法，該方法通過光刻蝕的方法，來調(diào)節(jié)反射條紋的間距，以使得的光學(xué)可變薄膜材料獲得高反射效率的雙變色光刻衍射圖像，并可根據(jù)需求調(diào)節(jié)衍射色彩。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供的一種光學(xué)可變薄膜材料，其由依次從上而下疊加在一起的表面保護(hù)層、緩沖層、感光分子層、顏色調(diào)節(jié)層和底面保護(hù)層構(gòu)成，在感光分子層上光刻有干涉條紋，在顏色調(diào)節(jié)層上刻蝕圖像。
所述的表面保護(hù)層可以是聚酯薄膜、BOPP膜、PVC膜。
所述的緩沖層為直接涂布在表面保護(hù)層背面上的多官能團(tuán)丙烯酸酯類的光固化層或底膠層。多官能團(tuán)丙烯酸酯類為氨基丙烯酸酯類的預(yù)聚物和三羥甲基丙烷三丙稀酸酯單體、或脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯。
所述的感光分子層為由成膜材料、單體、引發(fā)體系組分混合后并涂布在緩沖層上的涂層所構(gòu)成，其中引發(fā)體系在特定波長時被激發(fā)產(chǎn)生自由基而引發(fā)單體產(chǎn)生自由基進(jìn)行共聚形成一具有一定柔韌性的固態(tài)透明薄膜。
在感光分子層中，涂層厚度較好的為3-15μm。涂層精度控制在±1μm。
在感光分子層中，各組分之間的比例為成膜材料20wt％～80wt％，單體5wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％。
在感光分子層中，引發(fā)體系采用光引發(fā)體系。光引發(fā)體系的選擇可以根據(jù)光源的波長進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選為光譜響應(yīng)在紫外及可見光譜區(qū)域。采用光引發(fā)體系是指在光輻照激化可以產(chǎn)生自由基，提供給單體進(jìn)行自由基加成聚合。
感光分子層中的光引發(fā)體系為光引發(fā)劑和光敏劑的組合物，它們之間的比例為光引發(fā)劑2wt％～8wt％，光敏劑0.1wt％～0.8wt％。
為了進(jìn)一步提高聚合效率，在感光分子層中的引發(fā)體系中還可以加入1wt％～8wt％的鏈轉(zhuǎn)移劑，與光引發(fā)劑起協(xié)同作用。鏈轉(zhuǎn)移劑為2-巰基苯并噁唑或十二硫醇或巰基苯并噻唑。
為了調(diào)節(jié)涂覆性能，在感光分子層中還可以加入0.1wt％～1.2wt％的表面活性劑。其中表面活性劑為非離子型的表面活性劑。如FluoradFC-4430。
在感光分子層中，成膜材料的選擇是該層材料物理性能和光學(xué)性能的關(guān)鍵，特別是成膜材料本身的折射率關(guān)系到最終圖像的反射效率。因此本發(fā)明一般選擇折射率低于1.48的材料作為成膜材料。
感光分子層所選用的成膜材料可以是聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、三醋酸纖維素，或者是聚醋酸乙烯酯與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的二元共聚物，或它們與乙基乙烯基醚的共聚物，其選擇可以根據(jù)所需薄膜的化學(xué)性能及機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)整。
感光分子層所選用的單體為烯基不飽和類，它們可以進(jìn)行自由基加成聚合，通常在末端位置上含有不飽和基團(tuán)，具有高于100℃的沸點(diǎn)，并能夠較好的與溶劑及成膜材料混溶。如N-乙烯基咔唑或9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴或三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯或單官能團(tuán)或多官能團(tuán)丙烯酸酯類單體。優(yōu)選為N-乙烯基咔唑或9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴。
感光分子層所選用的光引發(fā)劑為2，4，6-三苯基咪唑基雙聯(lián)體或a-羥基異丁酰苯。光敏劑為亞甲基蘭或米氏酮或二乙氨基-亞芐基環(huán)戊酮。
所述的顏色調(diào)節(jié)層為由成膜材料、單體、引發(fā)體系、紫外吸收劑組分混合并涂布在底面保護(hù)層上的涂層所構(gòu)成，其中引發(fā)體系在特定波長時被激發(fā)產(chǎn)生自由基而引發(fā)單體產(chǎn)生自由基進(jìn)行共聚形成一具有一定柔韌性的固態(tài)透明薄膜。
在顏色調(diào)節(jié)層中，涂層厚度較好的為5-12μm。涂層精度控制在±1μm。
在顏色調(diào)節(jié)層中，各組分之間的比例為成膜材料20wt％～80wt％，單體5wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，紫外吸收劑0.3wt％-1.0wt％。
在顏色調(diào)節(jié)層中，引發(fā)體系采用光引發(fā)劑。光引發(fā)劑的選擇可以根據(jù)光源的波長進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選為光譜響應(yīng)在紫外及可見光譜區(qū)域。采用光引發(fā)劑是指在光輻照激化可以產(chǎn)生自由基，提供給單體進(jìn)行自由基加成聚合。
顏色調(diào)節(jié)層中的光引發(fā)劑選用a-羥基異丁酰苯或偶氮二異丁晴。
為了進(jìn)一步提高聚合效率，在顏色調(diào)節(jié)層中的引發(fā)體系中還可以加入1wt％～8wt％的鏈轉(zhuǎn)移劑，與光引發(fā)劑起協(xié)同作用。鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇或巰基苯并噻唑。
為了調(diào)節(jié)涂覆性能，在顏色調(diào)節(jié)層中還可以加入0.2wt％～1.0wt％的表面活性劑。其中表面活性劑為非離子型的表面活性劑。如FluoradFC-4430。
在顏色調(diào)節(jié)層中，選用的成膜材料可以是聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸酯類樹脂、醇酸樹脂，其選擇可以根據(jù)所需薄膜的化學(xué)性能及機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)整。
顏色調(diào)節(jié)層所選用的單體為可以發(fā)生加成聚合的烯基不飽和類單體，它們可以進(jìn)行自由基加成聚合，通常在末端位置上含有不飽和基團(tuán)，具有高于100℃的沸點(diǎn)，并能夠較好的與溶劑及成膜材料混溶。如丙烯酸酯類單體或丙烯酸對氯苯酯或異丁酸鄰苯酯或乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯。
在顏色調(diào)節(jié)層中，選用的紫外吸收劑為相關(guān)領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟知，如2-(2′-羥基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羥基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑等。
在本發(fā)明中，底面保護(hù)層為聚酯薄膜或BOPP膜或PVC膜或含有粘結(jié)層的膜。
本發(fā)明還提供一種光學(xué)可變薄膜材料的制備方法，該方法具有以下步驟1、制備含緩沖層的表面保護(hù)層將多官能團(tuán)丙烯酸酯類均勻涂布在表面保護(hù)層上，在表面保護(hù)層形成光固化層或底膠層；2、采用以下方法制備感光分子層a、配制涂布溶液在紅燈下，加成膜材料、單體、引發(fā)體系各組分分別到溶劑中去，在室溫下進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用；b、涂布將配置好的溶液，在已涂緩沖層的表面保護(hù)層上涂布，涂布后在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干，覆上保護(hù)膜待用；c、光刻干涉條紋將已涂布的感光分子層剝開保護(hù)層，緊緊覆蓋在反射鏡的鍍鋁表面，用大功率的鈉燈或激光器輻照，形成干涉條紋，于高壓水銀汞燈照射定影；3、采用以下方法制備顏色調(diào)節(jié)層a、在紅燈或黃燈下，加成膜材料、單體、引發(fā)體系、紫外吸收劑各組分分別到溶劑中去，在室溫下進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用；b、涂布將配置好的溶液，涂布在底面保護(hù)層上，涂布后在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干，覆上保護(hù)膜收卷待用；c、刻蝕圖像將涂布好的顏色調(diào)節(jié)層，在高壓水銀汞燈下進(jìn)行曝光刻蝕，根據(jù)圖案要求，在掩膜下將無需調(diào)色的圖案通過紫外使部分單體聚合，而需要調(diào)色部分留下未聚合的單體；4、復(fù)合剝開顏色調(diào)節(jié)層上的保護(hù)層，將該顏色調(diào)節(jié)層與已記錄條紋的感光分子層復(fù)合；5、熱擴(kuò)散顏色調(diào)節(jié)層與感光分子層復(fù)合后，在50～130℃條件下進(jìn)行加熱擴(kuò)散，擴(kuò)散時間為1～30分鐘的加熱擴(kuò)散，擴(kuò)散時未聚合的單體向低濃度的條紋發(fā)生遷移，單體在條紋中發(fā)生聚合，完成加熱擴(kuò)散后最終得到反射效率較高的光學(xué)可變薄膜材料；6、圖像定影將得到的光學(xué)可變薄膜材料再次經(jīng)2000W高壓水銀汞燈輻照，定影光刻圖像。
上述方法中，制備感光分子層時選用的溶劑為丙酮、二氯甲烷、甲醇、丁醇、四氫呋喃或二甲基甲酰胺一種或幾種混合物。
制備顏色調(diào)節(jié)層時選用的溶劑也為丙酮、二氯甲烷、甲醇、丁醇、四氫呋喃或二甲基甲酰胺一種或幾種混合物。
在波長大于600nm的紅燈下，制備感光分子層，攪拌的速度為300轉(zhuǎn)/分～500轉(zhuǎn)/分。涂層較好的固含量為10％-45％，更好為10％-15％。烘干的溫度較好為70～90℃。
在刻蝕干涉條紋時，可選用的激光器為半導(dǎo)體激光器或氣體激光器，也可選用鈉光燈。
在波長大于600nm的紅燈下，制備顏色調(diào)節(jié)層，攪拌的速度為300轉(zhuǎn)/分～500轉(zhuǎn)/分。涂層較好的固含量為8％-50％，更好為12％-18％。烘干的溫度較好為70～90℃。曝光刻蝕的時間為3-5秒，采用高壓水銀汞燈，功率為1000W。
在上述方法中，熱擴(kuò)散時間較好為1-15分鐘，最好為4-6分鐘，熱擴(kuò)散溫度較好為80-120℃。
本發(fā)明運(yùn)用李普曼光干涉原理，在特定波長照射時形成干涉條紋，使感光材料中的光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合，在高壓水銀汞燈輻照下進(jìn)行固化定影。同時通過光刻后的顏色調(diào)節(jié)層來調(diào)節(jié)條紋的寬度可實(shí)現(xiàn)衍射色彩的變化。這種色彩的變化是隨角度的變化而變化，變化過程可以是從紅變黃變綠或從綠變蘭，從而獲得一種雙變色的圖像。
由本發(fā)明得到的光刻衍射圖像具有反射效率高(＞90％)，視場角大(＞180°)，色彩鮮艷，圖像反差大，分辨率高等特點(diǎn)。且耐高溫、耐潮濕，是產(chǎn)品防偽，證件安全及表面裝飾等最佳材料。本發(fā)明具有操作簡單、裝置簡易，易于批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和良好的市場價值。


附圖為本發(fā)明的光學(xué)可變薄膜材料結(jié)構(gòu)圖。圖中100為光學(xué)可變薄膜材料，101為表面保護(hù)層；111為緩沖層；110為感光分子層，記錄干涉條紋；120為可光刻的顏色調(diào)節(jié)層；121為刻蝕圖像；102為底面保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式
一種光學(xué)可變薄膜材料100，其由依次從上而下疊加在一起的表面保護(hù)層101、緩沖層111、感光分子層110、顏色調(diào)節(jié)層120和底面保護(hù)層102構(gòu)成，在感光分子層110上光刻有干涉條紋，在顏色調(diào)節(jié)層120上光刻有刻蝕圖像121。
在本發(fā)明的光學(xué)可變薄膜材料100中，表面保護(hù)層101和底面保護(hù)層102可以是聚酯薄膜PET、或BOPP膜、PVC膜。另外底面保護(hù)層102還可以為粘結(jié)層。
緩沖層111為多官能團(tuán)丙烯酸酯類的光固化層或底膠層。選用的多官能團(tuán)丙烯酸酯類為(請補(bǔ)充)
感光分子層110在涂覆成膜后由光引發(fā)劑在特定波長時被激發(fā)產(chǎn)生自由基而引發(fā)單體產(chǎn)生自由基進(jìn)行共聚，通常該材料為固態(tài)透明薄膜，具有一定的柔韌性。薄膜組分包括成膜材料醋酸乙烯酯共聚物，單官能團(tuán)及多官能團(tuán)烯基不飽和單體，光引發(fā)體系，表面活性劑等功能調(diào)節(jié)劑。其薄膜的具體組分為成膜材料20wt％～80wt％，單體5％～70％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，表面活性劑0.1wt％～12wt％。具體組分較好為成膜材料40wt％～70wt％，單體15wt％～60wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，表面活性劑0.2wt％～1.0wt％。
其中涉及的成膜材料可以是聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、三醋酸纖維素，或者是聚醋酸乙烯酯與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的二元共聚物，或它們與乙基乙烯基醚的共聚物，其選擇可以根據(jù)所需薄膜的化學(xué)性能及機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)整；單體為烯基不飽和類，它們可以進(jìn)行自由基加成聚合，通常在末端位置上含有不飽和基團(tuán)，具有高于100℃的沸點(diǎn)，并能夠較好的與溶劑及成膜材料混溶。如N-乙烯基咔唑、9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴、三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯、單官能團(tuán)或多官能團(tuán)丙烯酸酯類單體；光引發(fā)體系是指在光輻照激化可以產(chǎn)生自由基，提供給單體進(jìn)行自由基加成聚合。該引發(fā)體系包括光引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑及波長響應(yīng)的光敏劑，優(yōu)先光譜響應(yīng)在紫外及可見光譜區(qū)域的體系。光引發(fā)劑如2，4，6-三苯基咪唑基雙聯(lián)體或a-羥基異丁酰苯，在輻照時，可分解成自由基而引發(fā)單體進(jìn)行聚合。為進(jìn)一步提高聚合速率可以加入鏈轉(zhuǎn)移劑如2-巰基苯并噁唑、十二硫醇、巰基苯并噻唑，與光引發(fā)劑起協(xié)同作用。光敏劑可以是亞甲基蘭、米氏酮、二乙氨基-亞芐基環(huán)戊酮等。在該薄膜中還可以加入非離子型的表面活性劑如FluoradFC-4430，用以調(diào)節(jié)涂覆性能。
感光分子層110中成膜材料的選擇是該層材料物理性能和光學(xué)性能關(guān)鍵之一，特別是成膜材料本身的折射率關(guān)系到最終圖像的反射效率，因此，通常選擇較好的折射率低于1.48的材料作為成膜材料；而選擇響應(yīng)速度快的、折射率較高(大于1.52)的感光單體較好，如N-乙烯基咔唑、9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴等，引發(fā)體系的選擇可以根據(jù)光源的波長進(jìn)行調(diào)整。
顏色調(diào)節(jié)層120可以涂布成膜，其基本組分是成膜材料20wt％～80wt％，單體5wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，紫外吸收劑0.3wt％-1.0wt％，表面活性劑0.1wt％～1.2wt％。具體組分較好為成膜材料30wt％～50wt％，單體25wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，紫外吸收劑0.3wt％-1.0wt％。表面活性劑0.2wt％～1.0wt％。
其中所涉及的成膜材料可以是聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸酯類樹脂、醇酸樹脂等；單體是可以發(fā)生加成聚合的烯基不飽和單體，具有高于100℃的沸點(diǎn)及末端位置為不飽和單體，可以是液體單體，也可以是固體單體，如丙烯酸酯類單體丙烯酸對氯苯酯、異丁酸鄰苯酯、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯等；光引發(fā)體系由光引發(fā)劑a-羥基異丁酰苯或偶氮二異丁晴等自由基供體，鏈轉(zhuǎn)移劑十二硫醇、巰基苯并噻唑；以及提高紫外段感光性能的紫外吸收劑為相關(guān)領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟知的。如2-(2′-羥基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羥基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑等。加入非離子型的表面活性劑如FluoradFC-4430，用以調(diào)節(jié)涂覆性能。
在光學(xué)可變薄膜材料100的制備方法中，感光分子層110的配置方法是在波長大于600nm的紅燈下，加上述各組分分別到溶劑中去，溶劑可以是丙酮、二氯甲烷、甲醇、丁醇、四氫呋喃或二甲基甲酰胺等，在室溫下用轉(zhuǎn)速大約為300轉(zhuǎn)/分～500轉(zhuǎn)/分的速度進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用。其中涂層較好的固含量為10％～45％(重量％)，具體固含量可以根據(jù)涂層工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
感光分子層110涂布時，將配置好的溶液，用刮刀涂布或流延涂布的方式在已涂緩沖層的聚酯薄膜、或BOPP膜、或PVC膜上涂布，涂層厚度較好的為3～15μm，涂層須均勻，涂布精度可控制在±1μm。在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干，覆上保護(hù)膜待用。
感光分子層110光刻干涉條紋時將已涂布的感光分子層110剝開保護(hù)層，緊緊覆蓋在反射鏡的鍍鋁表面，用大功率的鈉燈或半導(dǎo)體激光器、氣體激光器等色純度較好的激光器輻照，形成干涉條紋，于高壓水銀汞燈照射定影。
顏色調(diào)節(jié)層120的配置方法是將上述組分在室溫，且在黃色或紅色燈光條件下加到溶劑中去，溶劑最好是丙酮、二氯甲烷、甲醇、丁醇、四氫呋喃或二甲基甲酰胺等，用轉(zhuǎn)速大約為300轉(zhuǎn)/分～500轉(zhuǎn)/分的速度進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用。其中，較好的固含量是8％～50％，可以根據(jù)工藝條件而定。
顏色調(diào)節(jié)層120涂布時，將配置好的涂布液可用刮刀涂布、流延涂布等方式涂布于聚酯薄膜、或BOPP膜、或PVC膜，較好的涂層厚度為5～12μm，涂層均勻度直接影響了顏色調(diào)節(jié)的均勻性，因此，其精度要嚴(yán)格控制在±1μm。涂層在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干并覆上保護(hù)膜收卷待用。
顏色調(diào)節(jié)層120在刻蝕圖像時，將涂布好的顏色調(diào)節(jié)層，在1000W的高壓水銀汞燈下進(jìn)行曝光刻蝕，根據(jù)圖案要求，在掩膜下將無需調(diào)色的圖案通過紫外使部分單體聚合，而需要調(diào)色部分留下未聚合的單體，在復(fù)合、熱擴(kuò)散、圖像定影步驟中，是剝開顏色調(diào)節(jié)層上的保護(hù)層，將該調(diào)色層與已記錄條紋的感光高分子材料層復(fù)合，經(jīng)過1～30分鐘的加熱擴(kuò)散，加熱溫度較好的在50～130℃，最好的是在80～120℃，加熱時間可根據(jù)色度要求，最好控制在1～15分鐘；未聚合的單體向低濃度的條紋發(fā)生遷移，單體在條紋中發(fā)生聚合，完成加熱擴(kuò)散后得到反射效率較高的光學(xué)可變高分子薄膜，再次經(jīng)2000W高壓水銀汞燈輻照，定影光刻圖像。
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是示例性的，本發(fā)明并不局限此。
實(shí)施例1在紅色安全燈下，將聚醋酸乙烯酯與甲基丙烯酸丁酯共聚物5～7.5克(33.3wt％～50wt％)，N-乙烯基咔唑1.2～1.8克(8wt％～12wt％)，乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯1.3～1.5克(8.7wt％～10wt％)，2，4，6-三苯基咪唑基雙聯(lián)體0.5～1克(3.3wt％～6.7wt％)，巰基苯并噻唑0.5～1克(3.3wt％～6.7wt％)，米氏酮005～008克(0.3wt％～0.5wt％)，F(xiàn)luoradFC-4430 1.5克(1.0wt％)加到二氯甲烷∶甲醇∶丙酮＝2∶0.5∶15的混合溶液中，固含量為10～15％，室溫?cái)嚢柚寥芙?，測得粘度10～12cp(25℃)，過濾待用。
將上述溶液在間隙為200μm刮刀涂布于厚度為20μm的PET膜，在70～90℃的對流干燥箱內(nèi)烘干覆膜，涂層厚度為10μm。
取一片前鍍鋁的反射鏡，將該感光分子層110膜剝開保護(hù)層，緊貼于鍍鋁層，用半導(dǎo)體激光器波長為532nm的光經(jīng)擴(kuò)束后，依次從PET膜、感光分子層、前鍍鋁膜層的方向輻照，在該層記錄了寬度為532nm的多層干涉條紋，經(jīng)1000W的高壓汞燈照射定影，在115℃的對流烘箱加熱3～5分鐘，用分光光度計(jì)測得反射效率為97.5％，反射波長為518nm，半波寬20nm。
實(shí)施例2在黃色或紅色燈光下并室溫的條件下，將乙烯醇縮丁醛6～8克(40～53wt％)，乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯1.4～2克(9.3wt％～13.3wt％)，a-羥基異丁酰苯0.6～0.8克(4wt％～5.3wt％)，巰基苯并噻唑0.5～1克(3.3wt％～6.7wt％)，紫外吸收劑UV-P1～1.5(6.7wt％～10wt％)，F(xiàn)luoradFC-44301.5克(1.0wt％)加到丙酮∶二氯甲烷＝1∶1的混合溶液，固含量為12～18％，室溫?cái)嚢柚镣耆芙?。測得粘度為12～15cp(25℃)，過濾待用。
將上述溶液在間隙為200μm刮刀涂布于厚度為16μm的PET膜，在70～90℃的對流干燥箱內(nèi)烘干覆PET硅膜保護(hù)，涂層厚度為8～10μm。該涂層為可光刻的顏色調(diào)節(jié)層120。
將未光刻的顏色調(diào)節(jié)層120覆蓋上圖像掩膜，在1000W的高壓水銀汞燈曝光3～5秒，移除掩膜解開保護(hù)硅膜，與實(shí)施例1的感光分子層110復(fù)合，經(jīng)4～6分鐘的加熱，加熱溫度最好控制在80～120℃，再次于2000W的高壓水銀汞燈輻照定影。用分光光度計(jì)測試得掩膜部分的反射波長為582nm，反射效率達(dá)到92％，無掩膜部分的反射波長為530nm，反射效率達(dá)到97％。當(dāng)人眼觀察，在與燈光45～50°角時，可以看到色彩鮮艷的紅綠衍射圖像；當(dāng)轉(zhuǎn)動與燈光成90°夾角時，可以看到綠蘭衍射圖像。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)可變薄膜材料，其特征在于該薄膜材料由依次從上而下疊加在一起的表面保護(hù)層、緩沖層、感光分子層、顏色調(diào)節(jié)層和底面保護(hù)層構(gòu)成，在感光分子層上光刻有干涉條紋，在顏色調(diào)節(jié)層上光刻有刻蝕圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中表面保護(hù)層可以是聚酯薄膜、BOPP膜、PVC膜。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中緩沖層為直接涂布在表面保護(hù)層背面上的多官能團(tuán)丙烯酸酯類的光固化層或底膠層。
4.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中官能團(tuán)丙烯酸酯類為為氨基丙烯酸酯類的預(yù)聚物和三羥甲基丙烷三丙稀酸酯單體、或脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中感光分子層為由成膜材料、單體、引發(fā)體系組分混合并涂布在緩沖層上的涂層所構(gòu)成，其中引發(fā)體系在特定波長時被激發(fā)產(chǎn)生自由基而引發(fā)單體產(chǎn)生自由基進(jìn)行共聚形成一具有一定柔韌性的固態(tài)透明薄膜。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在感光分子層中，涂層厚度為3-15μm，其中涂層精度控制在±1μm。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在感光分子層中，各組分之間的比例為成膜材料20wt％～80wt％，單體5wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中各組分之間的比例為成膜材料40wt％～70wt％，單體15wt％～60wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％。
9.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在感光分子層中，引發(fā)體系采用光引發(fā)體系。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中光引發(fā)體系優(yōu)選為光譜響應(yīng)在紫外及可見光譜區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中感光分子層中的光引發(fā)體系為光引發(fā)劑和光敏劑的組合物，它們之間的比例為光引發(fā)劑2wt％～8wt％，光敏劑01wt％～0.8wt％。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中光引發(fā)劑為2，4，6-三苯基咪唑基雙聯(lián)體或a-羥基異丁酰苯。
13.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中光敏劑為亞甲基蘭或米氏酮或二乙氨基-亞芐基環(huán)戊酮。
14.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在感光分子層中的光引發(fā)體系中加入1wt％～8wt％的鏈轉(zhuǎn)移劑。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中鏈轉(zhuǎn)移劑為2-巰基苯并噁唑或十二硫醇或巰基苯并噻唑。
16.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在感光分子層中加入0.1wt％～1.2wt％的表面活性劑。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中表面活性劑為非離子型的表面活性劑。
18.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中表面活性劑為FluoradFC-4430。
19.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中成膜材料為折射率低于1.48的材料。
20.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中成膜材料為聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛、三醋酸纖維素，或者是聚醋酸乙烯酯與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的二元共聚物，或它們與乙基乙烯基醚的共聚物，其選擇可以根據(jù)所需薄膜的化學(xué)性能及機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)整。
21.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中單體為烯基不飽和類，在末端位置上含有不飽和基團(tuán)。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中單體為N-乙烯基咔唑或9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴或三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯或單官能團(tuán)或多官能團(tuán)丙烯酸酯類單體。優(yōu)選為N-乙烯基咔唑或9，9-(4苯基2丙稀酰乙氧基)雙芴。
23.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中顏色調(diào)節(jié)層為由成膜材料、單體、引發(fā)體系、紫外吸收劑組分混合并涂布在底面保護(hù)層上的涂層所構(gòu)成，其中引發(fā)體系在特定波長時被激發(fā)產(chǎn)生自由基而引發(fā)單體產(chǎn)生自由基進(jìn)行共聚形成一具有一定柔韌性的固態(tài)透明薄膜。
24.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在顏色調(diào)節(jié)層中，涂層厚度較好為5-12μm，涂層精度控制在±1μm。
25.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在顏色調(diào)節(jié)層中，各組分之間的比例為成膜材料20wt％～80wt％，單體5wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，紫外吸收劑0.3wt％-1.0wt％。
26.如權(quán)利要求28所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中各組分之間的比例為成膜材料30wt％～50wt％，單體25wt％～70wt％，引發(fā)體系1wt％～7wt％，紫外吸收劑0.3wt％-1.0wt％。
27.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在顏色調(diào)節(jié)層中，引發(fā)體系采用光引發(fā)劑。
28.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中光引發(fā)劑優(yōu)選為光譜響應(yīng)在紫外及可見光譜區(qū)域。
29.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中光引發(fā)劑選用a-羥基異丁酰苯或偶氮二異丁晴。
30.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在顏色調(diào)節(jié)層中的引發(fā)體系中加入1wt％～8wt％的鏈轉(zhuǎn)移劑。
31.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇或巰基苯并噻唑。
32.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中在顏色調(diào)節(jié)層中加入0.2wt％～1.0wt％的表面活性劑。
33.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中表面活性劑為非離子型的表面活性劑。
34.如權(quán)利要求33所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中表面活性劑為如FluoradFC-4430。
35.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中成膜材料為聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸酯類樹脂、醇酸樹脂。
36.如權(quán)利要求23所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中單體為烯基不飽和類單體，在末端位置上含有不飽和基團(tuán)。
37.如權(quán)利要求36所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中單體為丙烯酸酯類單體或丙烯酸對氯苯酯或異丁酸鄰苯酯或乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯。
38.如權(quán)利要求25所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中紫外吸收劑為2-(2′-羥基-5′-甲基苯基)苯并三唑、2-(2′-羥基-3′-叔丁基-5′-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑。
39.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料，其中底面保護(hù)層為聚酯薄膜或BOPP膜或PVC膜或含有粘結(jié)層的膜。
40.一種制備權(quán)利要求1所述的光學(xué)可變薄膜材料的方法，其中具有以下步驟[1]、制備含緩沖層的表面保護(hù)層將多官能團(tuán)丙烯酸酯類均勻涂布在表面保護(hù)層上，在表面保護(hù)層形成光固化層或底膠層；[2]、采用以下方法制備感光分子層a、配制涂布溶液在紅燈下，加20wt％～80wt％成膜材料、5wt％～70wt％單體、1wt％～7wt％引發(fā)體系、0.1wt％～1.2wt％表面活性劑各組分分別到溶劑中去，在室溫下進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用；b、涂布將配置好的溶液，在已涂緩沖層的表面保護(hù)層上涂布，涂布后在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干，覆上保護(hù)膜待用；c、光刻干涉條紋將已涂布的感光分子層剝開保護(hù)層，緊緊覆蓋在反射鏡的鍍鋁表面，用大功率的鈉燈或激光器輻照，形成干涉條紋，于高壓水銀汞燈照射定影；[3]、采用以下方法制備顏色調(diào)節(jié)層a、在紅燈或黃燈下，加成膜材料、單體、引發(fā)體系、紫外吸收劑各組分分別到溶劑中去，在室溫下進(jìn)行攪拌，待各組分充分溶解后，過濾待用；b、涂布將配置好的溶液，涂布在底面保護(hù)層上，涂布后在50～100℃的干燥箱內(nèi)予以烘干，覆上保護(hù)膜收卷待用；c、刻蝕圖像將涂布好的顏色調(diào)節(jié)層，在高壓水銀汞燈下進(jìn)行曝光刻蝕，根據(jù)圖案要求，在掩膜下將無需調(diào)色的圖案通過紫外使部分單體聚合，而需要調(diào)色部分留下未聚合的單體；[4]、復(fù)合剝開顏色調(diào)節(jié)層上的保護(hù)層，將該顏色調(diào)節(jié)層與已記錄條紋的感光分子層復(fù)合；[5]、熱擴(kuò)散顏色調(diào)節(jié)層與感光分子層復(fù)合后，在50～130℃條件下進(jìn)行加熱擴(kuò)散，擴(kuò)散時間為1～30分鐘的加熱擴(kuò)散，擴(kuò)散時未聚合的單體向低濃度的條紋發(fā)生遷移，單體在條紋中發(fā)生聚合，完成加熱擴(kuò)散后最終得到反射效率較高的光學(xué)可變薄膜材料；[6]、圖像定影將得到的光學(xué)可變薄膜材料再次經(jīng)2000W高壓水銀汞燈輻照，定影光刻圖像。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層和顏色調(diào)節(jié)層時，選用的溶劑為丙酮、二氯甲烷、甲醇、丁醇、四氫呋喃或二甲基甲酰胺一種或幾種混合物。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層時，紅燈的波長大于600nm。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層和顏色調(diào)節(jié)層時，攪拌的速度為300轉(zhuǎn)/分～500轉(zhuǎn)/分。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層時涂層的固含量為10％-45％。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中制備感光分子層時涂層的固含量為10％-15％。
46.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層時，烘干的溫度為70～90℃。
47.如權(quán)利要求40所述的方法，其中在制備干涉條紋時，選用的激光器為半導(dǎo)體激光器或氣體激光器。
48.如權(quán)利要求40所述的方法，其中在制備顏色調(diào)節(jié)層過程中，涂層固含量為8％-50％。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中在制備顏色調(diào)節(jié)層過程中，涂層固含量為12％-18％。
50.如權(quán)利要求40所述的方法，其中制備感光分子層時，烘干的溫度為70～90℃。
51.如權(quán)利要求40所述的方法，其中在制備顏色調(diào)節(jié)層過程中，曝光刻蝕的時間為3-5秒，高壓水銀汞燈為1000W。
52.如權(quán)利要求40所述的方法，其中熱擴(kuò)散時間為1-15分鐘，熱擴(kuò)散溫度為80-120℃。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中熱擴(kuò)散時間為4-6分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)可變薄膜材料，其由依次從上而下疊加在一起的表面保護(hù)層、緩沖層、感光分子層、顏色調(diào)節(jié)層和底面保護(hù)層構(gòu)成，在感光分子層上光刻有干涉條紋，在顏色調(diào)節(jié)層上光刻有刻蝕圖像。其制備方法是運(yùn)用李普曼光干涉原理，在特定波長照射時形成干涉條紋，使感光材料中的光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合，在高壓水銀汞燈輻照下進(jìn)行固化定影。同時通過光刻后的顏色調(diào)節(jié)層來調(diào)節(jié)條紋的寬度可實(shí)現(xiàn)衍射色彩的變化。這種色彩的變化是隨角度的變化而變化，變化過程可以是從紅變黃變綠或從綠變蘭，是一種雙變色的圖像。該光刻衍射圖像具有反射效率高(＞90％)，視場角大(＞180°)，色彩鮮艷，圖像反差大，分辨率高等特點(diǎn)。
文檔編號G02B5/18GK1967292SQ20051011041
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者李忠鑫, 徐良格, 黃剛, 高蕓, 游仁順 申請人:上海朗創(chuàng)光電科技發(fā)展有限公司