Светофильтры

 

 Исследования по получению оптически прозрачных эпоксидных полимеров (ЭП) с заданными спектральными свойствами проводились  в содружестве с   кафедрой химической технологии органических красителей и фототропных соединений СПбГТИ(ТУ), руководитель группы - доцент, к.х.н. Соколова Н.Б.  Для эпоксиполимеров  не удалось воспользоваться всеми имеющимися  данными по фильтровым органическим красителям , так как компоненты эпоксидных композиций являются реакционноспособными, взаимодействуют с красителями, изменяя свои первоначальные спектральные свойства. Поэтому для создания базы специальных фильтровых красителей для ЭП потребовалось  проведение  исследований поведения всех классов  красителей в компонентах эпоксидных композиций: олигомерах, отвердителях, катализаторах, модифицирующих добавках. 

В качестве органических красителей были исследованы отечественные жирорастворимые, дисперсные, спирторастворимые, ацетонорастворимые , кислотные, основные, катионные красители, а также их импортные аналоги: суданы, целитоны, цапоны и др. Процесс приготовления окрашенного ЭП включал три стадии: приготовление концентрата органического красителя в одном из компонентов, введение концентрата красителя в эпоксидную композицию, отверждение композиции. После каждой стадии обязательно измерялся удельный коэффициент поглощения.  Затем выбирались пары краситель-ЭП, имеющие максимальные значение удельного коэффициента поглощения. В таблице 1 (для примера) представлены значения удельного коэффициента поглощения красителя Основной синий К в различных ЭП и растворителе - дихлорэтане на длине волны 620 нм.

Таблица 1

Удельный коэффициент поглощения красителя Основной синий К в ЭП на основе
 смол ЭД-22(д), ДЭD,LКК и различных отвердителей, г/г*см

Марка

4-МГГФА 

ИМТГФА
ОАО "РИАП"

ИМТГФА
ОАО "СНХЗ"

ОПН-2 

Дихлорэтан

ЭД-22 (д)

17800

2220

68000

5630

157000

ДЭD,LКК

19000

1110

58000

4870

 

В результате проведенных исследований установлено, что основные и катионные красители, как правило, неустойчивые в эпоксидных композициях - они либо полностью, либо частично обесцвечиваются. То же можно отметить  для  кислотных, спирто- и ацетонорастворимых красителей - их совместимость с компонентами эпоксидных композиций весьма ограничена. Для дисперсных красителей требуется специальная очистка от неорганических наполнителей. Наиболее перспективным классом для ЭП являются жирорастворимые красители и суданы. Однако, спектральные возможности этого класса невелики и для решения сложных задач приходится использовать все вышеперечисленные классы красителей в каждом конкретном случае подбирая индивидуально условия их введения и безусловно делая поправку на изменение спектра удельного коэффициента поглощения красителя в  ЭП.

Расчет необходимого количества красителя для создания заданной спектральной характеристики проводится в соответствии с расчетно-экспериментальным методом, основанном на следующих положениях: 1) Все используемые красители в растворах  как жидких, так и твердых (полимерах) подчиняются закону разбавления Ламберта-Бера в применяемых концентрациях. Из этого следует, что оптическая плотность окрашенного слоя пропорциональна толщине этого слоя и концентрации красителя;  2) Отсутствие химического взаимодействия как между красителями, так и между красителями и полимером. В рамках этих допущений для определения требуемой концентрации красителей  в композиции, содержащей, например, три красителя, необходимо решить систему уравнений:

 где  Di) - оптическая плотность смеси красителей на разных длинах волн; D'i), D''i), D'''i) - оптическая плотность каждого из красителей при соответствующих концентрациях C', C'', C''' на длине волны  λi ; x, y, z - искомые концентрации красителей. Примером такого фильтра (на основе трех красителей, с учетом поправки на изменение спектра каждого красителя в ЭП)  может служить известная эпоксидная композиция "черного" цвета ОПТОКОМ-900.

 Вариантность выбора оптимальной смеси красителей для создания светофильтра голубого цвета на основе ЭП (ОПТОКОМ-480) иллюстрируется на рис. 1. Спектры пропускания ряда других светофильтров для оптоэлектроники представлены на рис. 2: 1- синий (ОПТОКОМ-430), 2 - зеленый (ОПТОКОМ-525), 3- оранжевый (ОПТОКОМ-610) и  4 - темно красный (ОПТОКОМ-700). 

 

 

На рис. 3 представлены спектральные кривые специальных светофильтров на основе ЭП: 1 - зеленый, контур которого повторяет кривую относительной видности человеческого глаза, 2 - отрезающий длинноволновый  с граничной длиной волны 740 нм и 3 - нейтральный  с коэффициентом  светопропускания около 40% в диапазоне длин волн 400-700 нм. Создан комплект нейтральных светофильтров, позволяющий перекрыть видимую область спектра с коэффициентом пропускания  от 15 до 85% и  средним отклонением от нейтральности (5-10)%. Светофильтры на основе ЭП  помимо абсорбционных свойств могут обладать светорассеивающими свойствами. Такие фильтры внешним видом напоминают "молочные" стекла, коэффициент рассеяния света их может варьироваться в пределах 20-80%.

ЭП светофильтры, как правило, применяются в виде корпуса оптоэлектронного прибора для индикации цвета либо для корректировки спектральной чувствительности фотоприемников, либо спектра излучения источников света . Реже (по индивидуальному заказу) изготавливаются в виде плоскопараллельных пластин толщиной 1-5 мм круглой ( диаметром от 30 до 70 мм) или прямоугольной (от 20*30 до 80*100 мм) формы. 

Широкое распространение получили светофильтры, отрезающие видимую часть спектра ("черные"), предназначенные для установки перед ИК прожекторами, специализированными устройствами подсветки и регистрации ИК излучения, например, в видеодомофонах, видеоглазках, приборах дистанционного управления и тому подобных устройствах. К ним относятся ИК светофильтры на основе компаундов ОПТОКОМ-900 и ОПТОКОМ-900МЭ. Они имеют границу пропускания на длине волны 700 нм и более, непрозрачны в видимой области спектра, но пропускают излучение в ближней ИК области. Первый изготавливается на базе эпоксидного компаунда для оптоэлектроники марки ПЭО-28М, второй - на базе пластифицированного компаунда ПЭО-28МЭ добавлением концентрата красителей ЭПОКСИКОН-900 от 5 до 20%. Помимо вышеуказанных геометрий  такие светофильтры могут отливаться  в виде декоративных панелей, номерных табличек, болтов, шпилек. Для изготовления эпоксиполимерных светофильтров поставляются компаунды в жидком виде, они содержат 4 компонента: компонент А (эпоксидная основа), компонент В ( отвердитель), компонент С (катализатор) и концентрат ЭПОКСИКОН-900.

 В качестве листовых материалов (пластин) большее распространение получили  светофильтры на основе полиметилметакрилата (ПММА).  Отличительной характеристикой ПММА является его исключительная прозрачность и атмосферостойкость.  Этот материал хорошо формуется, имеет достаточную механическую прочность: относительное удлинение при разрыве не менее 2,5 %,  ударная вязкость (на образцах без надреза) для толщин 2-4 мм не менее 9000 Дж/м2.   Теплостойкость ПММА невысокая: температура размягчения для толщин  1-4 мм составляет порядка  (105-110) С,  интенсивная деструкция происходит при 250 С;  кроме того,  он имеет небольшую абразивостойкость, а также подверженность к воздействию  этанола.  Легко режется  (скрайбируется)  при раскройке.

ПММА получают блочной полимеризацией метакриловых и других мономеров под действием инициаторов радикальной полимеризации. Красители чаще жирорастворимые, в меньшей степени - дисперсные и спирторастворимые растворяют в метиловом эфире метакриловой кислоты в течение 1,5-2 часов при постоянном перемешивании, затем добавляют инициаторы полимеризации.  Полученную смесь отфильтровывают, при необходимости загущают,  затем заливают в формы из полированного силикатного стекла и полимеризуют. Характеристики некоторых светофильтров на основе ПММА и ЭП представлены на рис. 4 и в табл. 2, 3.

Таблица 2

Технические характеристики полимерных светофильтров

Марка

Полимерная матрица 

Толщина, мм

Геометрические размеры, мм

Граница пропускания, нм 

Коэффициент пропускания, % (при λ=870 нм)

  Светофильтры отрезающие видимую часть спектра ("черные")

№690

ПММА

1; 1,5; 2; 3; 4

385*440; 385*660; 440*580 

рис.4

91-92

№690-а

ПММА

 2

200*215

690

антибликовая поверхность

№690-м

ПММА

 1,5; 2

380*430

690

коэффициент рассеяния (45-50)%

№720

ПММА

2; 4

380*430

рис.4

91-92

ОПТОКОМ-900

ЭП

1-5

от 20*30 до 80*100 
или корпус ФД, СИД

700

88-91

ОПТОКОМ-ПСХ

ЭП

3-5

диаметр 30; 50; 70 
или корпус ФД

740-780

70-88
  Светофильтры нейтральные ("серые")

НС

ПММА

1,5; 2

385*440

рис.3

15; 25; 50; 70
  Светофильтры светорассеивающие ("молочные")

СМ

ПММА

1,5; 2

385*440

-

коэффициент рассеяния (45-50)%

ПЭО-90МД

ЭП

2-5

диаметр 30; 50 или
корпус СИД

-

коэффициент рассеяния (20-80)%

 

 Еще один способ получения светофильтров на основе ПММА -  на литьевой машине, он используется, в основном,  при массовом производстве и когда изделие имеет сложную форму (колпаки, линзы Френеля и т.п.).  Расчетное количество красителей смешивается с гранулированным материалом, например, марки Дакрил-6 или его импортными аналогами, смесь пропускается через экструдер, затем помещается в литьевую машину.  Для изготовления полиметилметакрилатных светофильтров поставляются  3 марки композиций красителей: красного, черного №690 и черного №720 цветов.

 Таблица 3

Композиции красителей для полимерных светофильтров

Красители

Полимерная матрица 

Концентрация красителей в полимере, г/кг

Граница пропускания, 
нм 

Область прозрачности, 
нм

Коэффициент пропускания, % (при λ=870 нм)

Композиция красителей красного цвета

ПММА

2,5

580

630-1000 91-92

Композиция красителей черного цвета №690

ПММА

0,7

670

730-1000 91-92

Композиция красителей черного цвета №690

ПММА

1,4

690

760-1000 91-92

Композиция красителей черного цвета №720

ПММА

3,5

720

800-1000 90-92

Области применения таких светофильтров разнообразны: системы  видеонаблюдения, контроля,  разграничения доступа и охраны периметра объектов,  охранной и пожарной сигнализации, подсчета посетителей, считывания автомобильных номеров и т.п.  Основные функции отрезающих ИК фильтров: 1. Обеспечение скрытности освещения охраняемых объектов, устранение светящихся “точек” от ИК излучающих диодов, нити ламп накаливания; 2. Выполнение функций защитных панелей, окон и экранов, маскировка (камуфлирование) объективов ТВ-камер, “начинки” других фотоприемных устройств; 3. Устранение паразитных помех, засветки от излучения видимого диапазона без ослабления и искажения полезного сигнала.

 

 

 


Клеи и компаунды

Компаунды для оптоэлектроники

Компаунды для бижутерии

Компоненты

Лаборатория

Ссылки

Назначение и выбор

Маркировка

Ювелирные

Исследования О нас Рефераты

Технология приготовления

Бесцветные

Фосфоресцентные

Аксессуары

Разработки

f.a.q.

Экспериментальные данные

Окрашенные

Портфолио 2

Светофильтры

Документы

Обмен баннерами

Портфолио 1

Люминесцентные

  

    Главная

  

Каталог


 

 

По вопросам использования и приобретения полимерных светофильтров 
обращаться по телефонам: (812) 494 93 92; (812) 317 89 62

E-Mail:
lfpti@ya.ru