СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОЦВЕТНОГО СЛОИСТОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА С ОПТИЧЕСКИМИ ЭФФЕКТАМИ
FABRICATION OF POLYCHROMATIC LAMINAR POLYMER MATERIAL WITH OPTICAL EFFECTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к оптике и светотехнике, использующей многослойные и поляризующие материалы на основе полимеров для получения ярких визуальных эффектов, а более конкретно к способу управления цветом многослойных панелей из полимерных материалов без применения красителей и монохромных излучателей света.
Предложение может быть использовано декораторами и дизайнерами в художественных и рекламных целях для создания многоцветных панелей, привлекающих внимание покупателей и потенциальных потребителей рекламируемых услуг, в производстве светящихся экранов по обеспечению безопасности с предупредительными надписями на неподвижных строениях или движущихся транспортных средствах, различных световых панелей с многоцветными изображениями на прозрачных рекламных щитах, витринах и в освещенных окнах зданий.
Уровень техники
Известен способ получения многоцветного материала с оптическими эффектами без применения красителей путем формирования микрооптической структуры дифракционной решетки на подложке в виде поверхностной структуры, покрытой защитным слоем полностью или частично, скрытой структуры, выполненной с возможностью формирования для наблюдателя голографического или иного визуального эффекта, основанного на дифракции света.
Способ включает этапы, на которых выбирают форму профиля дифракционной решетки таким образом, чтобы свет, дифрагированный от структуры дифракционной решетки и соответствующий определенной длине волны видимого света, направлялся в один или более дифракционный порядок, при этом каждый отдельный дифракционный порядок соответствует определенному направлению наблюдения визуального эффекта на длине волны видимого света, и вместе с тем остается свободный диапазон углов, в котором визуальный эффект отсутствует или незначителен (Патент РФ 2297651, МПК G02B 5/18, опубл. 20.04.2007 г.). По изобретению можно создавать прозрачные визуальные эффекты на непрозрачных отражающих свет подложках. Подложки могут быть материалами, которые фильтруют и/или отражают свет по-разному, т.е. являются окрашенными материалами. Такую многослойную пленку из прозрачной пластмассы можно использовать, например, в качестве упаковочного материала, через который можно рассматривать упакованное изделие. Изобретение позволяет реализовать визуальный дифракционный эффект так, чтобы он был виден в нужном цвете в определенном направлении. Это особенно важно, например, когда объект должен воспроизводить какие-нибудь определенные цвета или цвета, отличительные от цвета изделия.
Недостаток известного способа - сложность изготовления профиля дифракционной решетки и сборки панели в целом, а также невозможность управления, т.е. обратимого изменения цвета панели, после ее изготовления.
Известен способ получения многоцветного слоистого полимерного материала, включающий сборку пакета из полупрозрачной полимерной основы, имеющей противоположные переднюю и заднюю поверхности различной шероховатости и цветной пленки, также имеющей шероховатую поверхность соединения, и сплавление пакета для получения слоистой структуры (Патент РФ 2470787, МПК B32B 17/10, опубл. 27.12.2012, приоритет от 08.05.2008 г.). В известных технических решениях предлагаются системы, способы и устройства, связанные с изготовлением полупрозрачного и/или прозрачного материала, который содержит множество цветных слоев из композиций полимеров и красителей.  Множество цветных слоев позволяют изменять цвет, прозрачность или пропускание света готового материала. материал может содержать один или несколько полимеров, выбранных из группы, в которую входят поликарбонаты, поливинилхлорид, сложные полиэфиры (в том числе сополиэфиры), акриловые смолы, и/или их комбинации.
Недостаток известного способа - использование красителей, которые, как правило, являются токсичными веществами и имеют ограниченную термо- и светостойкость.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и назначению является способ получения многоцветного слоистого полимерного материала с оптическими эффектами без применения красителей, включающий раскрой заготовок из полимерных  пленок или листов, поляризующих свет, механическую деформацию локального сжатия (горячего тиснения) частей, по меньшей мере, одной заготовки из термопластичного полимера и сборку пакета в определенном порядке, согласно которому, по меньшей мере, одна заготовка, выкроенная из анизотропного материала, поляризующего свет, укладывается на внешней стороне пакета, а заготовка, подвергнутая горячему тиснению, укладывается внутри (Патент США 6846522, МПК В 44F 1/04, G02B 5/30, опубл. 25.01.2005). Технологический прием (стадия) механической деформации локального сжатия (горячего тиснения) частей одного из слоев многоцветного материала осуществляется для получения разнотолщинности среднего слоя и, вследствие этого, изменения оптических свойств участков заготовки из термопластичного полимера. Полученная горячим тиснением пленки разнотолщинность среднего слоя обеспечивает мозаичные эффекты при наблюдении за цветом слоистого материала под разными углами зрения.
Недостаток известного способа - повышенная энергоемкость, сложность и длительность технологического процесса производства материала, предполагающего использование оборудования для горячего тиснения термопластичных материалов, ограниченная по габаритным размерам дискретность (мозаичность) цветных эффектов.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - упрощение способа получения многоцветного слоистого полимерного материала с оптическими эффектами, расширение технологических возможностей в варьировании цветов и оттенков без ограничения размера монохромных зон в слоистом материале.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается тем, что в способе получения световой панели из многослойного пакета полимерных пленок для управления цветом в проходящем световом потоке предусмотрено           расположение между двумя листами пленочного материала, поляризующего свет, двух анизотропных прозрачных и бесцветных пленок жесткоэластичного полипропилена под прямым углом и осуществление периодического механического растяжения одной из пленок на 25-35% с последующим сокращением ее до исходного размера и перемещением относительно остальных слоев панели при механическом воздействии на нее.
Предпочтительно, по меньшей мере, один пленочный материал, поляризующий свет, выполнен из зеркальной металлической фольги или зеркальной металлизированной полимерной пленки.
Предпочтительно, по меньшей мере, одна пленка из жесткоэластичного полипропилена предварительно обработана бесцветной прозрачной жидкостью, не вызывающей растворения контактирующих полимеров.
В предложенном способе, по меньшей мере, одна из пленок выполнена из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии, а остальные являются полупрозрачными пленками из термопластичных полимеров. Согласно предложению по меньшей мере одна пленка, расположенная на фасадной стороне панели, выполнена из материала, поляризующего свет, а пленка из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии, расположенная внутри пакета, подвижна, растягивается, сокращается и перемещается относительно остальных слоев панели при механическом воздействии на нее. Один внешний слой, расположенный на тыльной стороне панели, может быть выполнен из зеркальной металлической фольги, зеркального металла или зеркальной металлизированной полимерной пленки, обращенной отражающей свет поверхностью внутрь пакета. По меньшей мере одна пленка из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии, может быть предварительно обработана бесцветной прозрачной жидкостью, не вызывающей растворения контактирующих полимеров.
Предложение иллюстрируется примерами осуществления способа получения и управления цветом световой панели, а также схемами различных вариантов компоновки и функционирования прозрачных слоев в световой панели из полимеров.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Световая панель из полимеров с управляемым цветом при наблюдении в проходящем световом потоке: 1 - верхний слой из материала, поляризующего свет; 2 - нижний слой из материала, поляризующего свет; 3 - деформируемая пленка из анизотропного полимерного материала; 4 - неподвижная пленка из анизотропного полимерного материала
Фиг.2. Сечение световой панели из полимеров с управляемым цветом при наблюдении в проходящем световом потоке: 1 - верхний слой из материала, поляризующего свет; 2 - нижний слой из материала, поляризующего свет; 3 - деформируемая пленка из анизотропного полимерного материала; 4 - неподвижная пленка из анизотропного полимерного материала.
Фиг.3. Световая панель из полимеров с управляемым цветом при наблюдении в отраженном свете: 1 - верхний слой из материала, поляризующего свет; 3 - деформируемая пленка из анизотропного полимерного материала; 6 - зеркальная металлизированная полимерная пленка, зеркальный лист металла или металлическая фольга.
Фиг.4. Световая панель из полимеров из пяти слоев полимерных материалов с управляемым цветом при наблюдении в проходящем световом потоке: 1 - верхний слой из материала, поляризующего свет; 2 - нижний слой из материала, поляризующего свет; 3 - деформируемая пленка из анизотропного полимерного материала; 4 - неподвижная пленка из анизотропного полимерного материала; 5 - неподвижная пленка из полимерного материала.
Фиг.5. Спектр света, проходящего перпендикулярно фронтальной поверхности сквозь световую панель из трех слоев различных полимеров в зависимости от взаимного расположения и величины эластичной деформации среднего слоя полимерного материала: 7 - панель синего цвета (без деформации среднего слоя); 8 - панель зеленого цвета (при деформации растяжения среднего слоя полипропилена на 25%); 9 - панель желтого цвета (без деформации среднего слоя); 10 - панель розового цвета (при деформации растяжения среднего слоя полипропилена на 35%).
Осуществление изобретения
Пример получения и управления цветом световой панели из полимеров №1. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом при наблюдении в проходящем световом потоке, представляющую собой четырехслойный пакет (фиг.1 и фиг.2) из прозрачных и бесцветных полимерных пленок, две из которых выполнены из жесткоэластичного полипропилена, т.е. анизотропного полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии (3) и (4). Пленки жесткоэластичного полипропилена в форме лент располагают под прямым углом между двумя листами пленочного материала, поляризующего свет (1) и (2). С нижней стороны располагают источник света, а наблюдение за цветом панели и его изменением в различных частях при изменении угла зрения ведут сверху. Прозрачные и бесцветные ленты из пленки жесткоэластичного полипропилена при наблюдении под углом 90 градусов сверху сквозь листы пленочного материала, поляризующего свет, приобретают синий и желтый цвет в местах без взаимного перекрытия, а в месте наложения пленок появляется зеленый цвет. При изменении угла зрения цвет различных участков световой панели меняется.
Для управления цветом производят периодическое механическое растяжение одной пленки из жесткоэластичного полипропилена (3) на 25-35% и последующее сокращение до исходных размеров. Стрелками (фиг.1) обозначено направление циклической деформации пленки (3). В результате эластичного растяжения и сокращения пленки динамично изменяется цвет световой панели, причем в местах наложения пленки (3) на пленку (4) наблюдается изменение цвета, отличное от изменения цвета области обеих панелей в пространствах CMYK и RGB в зависимости от положения и величины деформации внутренних слоев и обработки их жидкостями (таблица 1).
Таблица 1
Цветовые координаты световой панели из различных материалов
№
Материал среднего слоя (толщина, мкм)
Растяжение слоя, жидкость
Расположение слоев
Координаты цвета (пространство)
п/п
внешних
среднего
1
Пленка анизотропная жесткоэластичная из полипропилена (30)
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
80, 0, 0, 0 (CMYK)
2
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 80, 0, 0 (CMYK)
3
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
30, 0, 0, 0 (CMYK)
4
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
50-0-0-0 (CMYK)
5
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 50, 0 (CMYK)
6
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 80, 0, 0 (CMYK)
7
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
30, 0, 0, 0 (CMYK)
8
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
230, 230, 255 (RGB)
9
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
100, 0, 0,0 (CMYK)
10
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
20, 0, 0, 0 (CMYK)
11
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 50, 0 (CMYK)
12
Растяжения - нет, обработки жидкостью - нет
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 70, 0, 0 (CMYK)
13
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
60, 0, 0, 0 (CMYK)
14
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
80, 0, 0, 0 (CMYK)
15
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 40, 0 (CMYK)
16
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 10, 0 (CMYK)
17
Пленка из полиэтилентерефталата (25)
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 90, 0, 0 (CMYK)
18
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 90, 0, 0 (CMYK)
19
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
20, 0, 0, 0 (CMYK)
20
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
75, 255, 75 (RGB)
30
Пленка из поливинилхлорида (75)
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 30, 0 (CMYK)
31
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
10, 0, 0, 0 (CMYK)
32
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 90, 0 (CMYK)
33
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
30, 0, 0, 0 (CMYK)
34
Пленка из полипропилена (50)
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
70, 0, 0, 0 (CMYK)
35
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
40, 0,0,0 (CMYK)
36
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 90, 0, 0 (CMYK)
37
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
100, 0, 0,0 (CMYK)
38
Пленка из полиэтилена высокой плотности
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 30, 0 (CMYK)
39
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
10, 0, 0,0 (CMYK)
40
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 30, 0 (CMYK)
41
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
30, 0, 0, 0 (CMYK)
42
Пленка анизотропная жесткоэластичная из полипропилена (30)
Нет, диметилфталат
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 70, 0 (CMYK)
43
Нет, диметилфталат
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
25, 25, 255 (RGB)
44
Деформация 25%, диметилфталат
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 100, 0 (CMYK)
45
Деформация 35%,
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 100, 0, 0 (CMYK)
Диметилфталат
46
Деформация 25%, диметилфталат
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 90, 0 (CMYK)
47
Пленка анизотропная жесткоэластичная из полипропилена (50)
Нет, этилцеллозольв
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 0, 60, 0 (CMYK)
48
Нет, этилцеллозольв
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
25, 25, 255 (RGB)
49
Деформация 35%. этилцеллозольв
<img file="00000001.tif" he="6" wi="2" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
0, 80, 0, 0 (CMYK)
50
Этилцеллозольв, деформация 35%
<img file="00000004.tif" he="1" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="3" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
75, 255, 75 (RGB)
Примеры получения и управления цветом световой панели из полимеров при наблюдении в проходящем световом потоке №№2-5. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом по примеру 1, но пленку из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии, изготавливают из жесткоэластичного полипропилена и перед размещением в среднем слое световой панели (3), который подвергается растяжению, сокращению и перемещению относительно внешних слоев панели при механическом воздействии, предварительно обрабатывают бесцветными прозрачными жидкостями, не вызывающими растворения пленок, поляризующих свет, и полипропилена: н-деканом, н-октанолом, диметилфталатом и этилцеллозольвом (по примерам соответственно). При отсутствии изменения угла зрения цвет различных слоев световой панели меняется в зависимости от оптических свойств прозрачных жидкостей, используемых для обработки полимеров.
Пример 6 получения и управления цветом световой панели из полимеров при наблюдении в проходящем световом потоке. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом при наблюдении в проходящем световом потоке, представляющую собой пятислойный пакет по примеру 1, но внутренние слои состоят из деформируемой пленки жесткоэластичного полипропилена (3) и двух неподвижных пленок из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии - полиэтилентерефталата толщиной 25 мкм (4) и (5), расположенных между двумя листами материала, поляризующего свет (1) и (2) под углом 30, 150 и 270 градусов к условному направлению поляризации, причем направление поляризации света во внешних слоях одинаково (фиг.4). Пленки (3), (4) и (5) расположены под углом 120 градусов относительно друг друга. С нижней стороны располагают источник света. Прозрачные анизотропные полимерные пленки приобретают синий цвет, розовый и желто-зеленый цвет в местах без перекрытия, бирюзовый цвет в местах перекрытия пленок (3) и (4), лиловый цвет в местах перекрытия пленок (3) и (5), оранжевый цвет в местах перекрытия пленок (4) и (5), а в месте наложения пленок (3), (4) и (5) наблюдается фиолетовый цвет. Стрелками обозначено направление циклической деформации пленки (3). В результате эластичного растяжения и сокращения пленки динамично изменяется цвет световой панели, причем в местах наложения пленок (3), (4) и (5) наблюдается изменение цвета, отличное от изменения цвета области пленок без наложения.
Пример получения и управления цветом световой панели из полимеров при наблюдении в отраженном свете №№7, 8. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом, представляющую собой трехслойный пакет из полимеров по примеру 1, но со слоем металлической фольги или металлизированного полиэтилентерефталата (2), соответственно по примерам (фиг.3). Стрелками обозначено направление циклической деформации пленки (3). В результате эластичного растяжения и сокращения пленки динамично изменяется цвет световой панели при наблюдении в отраженном свете под разными углами зрения.
Пример получения и управления цветом световой панели из полимеров при наблюдении в проходящем световом потоке №9. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом при наблюдении в отраженном свете по примеру 7, но внутренний слой из полимерного материала, вытягиваемого в холодном состоянии, - жесткоэластичного полипропилена толщиной 35 мкм располагают под различными углами по отношению к внешним слоям панели из полимеров и подвергают эластичному растяжению на 30%. Цвет световой панели изменяется. Спектральные характеристики световой панели в зависимости от положения среднего слоя и его деформации показаны на графике (фиг.5).
Пример получения и управления цветом световой панели из полимеров при наблюдении в проходящем световом потоке №10-12. Получают световую панель из полимеров с возможностью управления цветом при наблюдении в отраженном свете по примеру 9, но средний слой обрабатывают жидкостями, не вызывающими растворения контактирующих полимеров: диметилформамидом, этилцеллозольвом, н-октанолом, нитробензолом. Цвет световой панели изменяется, координаты цвета световой панели в зависимости от положения среднего слоя и его деформации показаны в таблице 1.