Otrzymywanie i właściwości fotoczułych, organicznych i hybrydowych (nieorganiczno-organicznych) materiałów polimerowych z chromoforowym ugrupowaniem diazenylowym

• Autorzy: Janik R. , Kucharski S.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and properties of photosensitive organic and hybrid (inorganic-organic) polymer materials containing chromophoric diazene moiety

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono i omówiono dwie metody syntezy nowych, fotoczułych organicznych materiałów polimetakrylanowych (PM) i hybrydowych materiałów polimerowych (PH), zawierających chromoforowe ugrupowania diazenylowe o budowie przedstawionej wzorami ogólnymi (I), (II) lub (III). Pierwsza z nich (schemat A) polegała na rodnikowej polimeryzacji chromoforowych monomerów metakrylanowych (MM) lub kopolimeryzacji tych monomerów z niechromoforowymi MM w roztworze. Alternatywną metodą otrzymywania chromoforowych PM była modyfikacja niechromoforowych polimetakrylanów w reakcji sprzęgania soli diazoniowych z grupą dialkiloaminofenylową obecną w łańcuchu bocznym tych polimerów (schemat B). Wydajność syntezy chromoforowych PM przekraczała 70 %, ich liczbowo średni ciężar cząsteczkowy mieścił się w przedziale 3400-23 000, a polidyspersyjność wynosiła 1,1-3,0. Otrzymane PM (homo-, ko- i terpolimery) nadawały się do wytwarzania przezroczystych, fotoczułych błon polimerowych na szklanych płytkach. Fotoczułe materiały PH (XV) otrzymywano w procesie zol-żel. Pierwszym etapem procesu była reakcja zawierających wolną grupę OH monomerów (IV) (schemat A) lub ko- i terpolimerów PM [(X), R5 lub R6 = CH2CH2OH; schemat A] z izocyjanianem 3-(trietoksysililo)propylu (ICTESP), a następny etap stanowiła reakcja kohydrolizy i kondensacji powstałego karbaminianu z tetraetoksysilanem. Otrzymany zol nanoszono na płytki szklane i utwardzano w temp. ok. 120 oC uzyskując przezroczystą, szklistą błonę. Chromoforowe polimetakrylany wykazywały odwracalną izomeryzację trans " cis [reakcja (7)] w roztworach i w cienkich błonach polimerowych pod wpływem naświetlania światłem. Przebieg izomeryzacji zależał od rodzaju materiału zawierającego ugrupowanie chromoforowe i od środowiska reakcji (roztwór, błona). Organiczne i hybrydowe błony polimerowe wykazały zdolność do tworzenia siatki holograficznej na szkle w procesie sprzęgania dwóch promieni zielonego lasera (532 nm). Tworzenie siatki było odwracalne w warunkach krótkotrwałego naświetlania lub względnie trwałe, kiedy przedłużona w czasie interferencja promieni laserowych powodowała gradient grubości błony. Te dwa typy siatki mogą być wykorzystane w holograficznym zapisie informacji. Szczegółową charakterystykę otrzymanych PM i PH (budowa chemiczna, wydajność syntezy, wartość Mn i Mw/Mn, Tg, wartość lmaks. oraz emaks. w widmach UV-VIS, a także podstawowe parametry określające przebieg izomeryzacji trans " cis) podano w postaci stabelaryzowanej.

EN

Two methods of the synthesis of new photosensitive methacrylate polymers (PM) or hybrid polymer materials (PH) containing chromophoric diazene moieties of structures described by general Formulas (I), (II) or (III) were presented. The first one (Scheme A) was based on radical polymerization of chromophoric methacrylate monomer (MM) or copolymerization of this monomer with a non-chromophoric MM in solution. An alternative way to get the title polymers was modification of non-chromophoric polymers by coupling reaction of diazonium salts with dialkylaminophenyl group present in the side chain of the polymers (Scheme B). The yield of the synthesis of chromophoric PM was above 70 %, their number average molecular weight was in the range 3400-23000 and polydispersity was 1.1-3.0. All PM obtained (homo-, co- and terpolymers) were able to form transparent photosensitive films on glass substrates. The photosensitive PH materials (XV) were obtained via sol-gel process. The first step of the process was reaction of the free OH groups containing monomers (IV) (Scheme A) or co- and terpolymes PH [(X), R5 or R6 = CH2CH2OH; Scheme A] with 3-(triethoxysilyl)propyl isocyanate (ICTESP) followed by co-hydrolysis and condensation reaction of the resulting carbamate with tetraethoxysilane. The sol obtained was deposited onto glass plates and hardened to transparent glassy film at ca. 120 oC. The chromophoric methacrylate polymers showed reverse trans-cis isomerization [reaction (5); Fig. 1] in solutions and in thin films under illumination with light. The course of isomerization was dependent on the kind of material containing the chromophore moiety and reaction environment (solution, film). The organic and hybrid polymer glass showed ability to form holographic grating on the films in two beam coupling arrangement with using green laser (532 nm) use. The grating formation was reversible at relatively short illumination period but relatively stable when prolonged beam interference caused thickness gradient in the film. Both types of the gratings could be used in holographic data recording. Detail characteristics of PM and PH obtained (chemicals structure, yield of synthesis, values of Mn, Mw/Mn, Tg as well as parameters describing trans"cis isomerization) are given in Table 1.

Słowa kluczowe

PL

polimery metakrylanowe chromoforowe; polimery hybrydowe chromoforowe; synteza; chromofory diazenylowe; fotoizomeryzacja; tworzenie siatki holograficznej

EN

chromophoric methacrylate polymers; chromophoric hybrid polymers; synthesis; diazene chromophores; photoisomerization; holographic grating formation

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 50, nr 7-8
• Strony: 570--580
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Janik R.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Organicznej i Tworzyw Sztucznych, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Kucharski S.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Organicznej i Tworzyw Sztucznych, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. Praca zbiorowa: "Nonlinear Optics of Organie Molecules and Polymers" (red. Nalwa H. S., Myiata S.), CRC Press, Boca-Raton-NY-London-Tokyo, 1997.
• 2. Praca zbiorowa: "Polymers for Second-Order Nonlinear Opties" (red. Lindsay G. A, Singer K. D.), ACS Symposium Series, tom. 601, ACS, Washington, DC, 1995.
• 3. Praca zbiorowa: "Handbook of Organie-Inorganie Hybrid Materials and Nanocomposites", tom 1. "Hybrid Materials" (red. Nalwa H. S'), ASP, California,2003.
• 4. Burland D. M., Miller R D., Walsh C A: Chem. Rev. 1994,94,3l.
• 5. Moerner W. E., Silence S. M.: Chem. Rev. 1994,94,127.
• 6. Ruhmann R, Zschuppe v., Dittmer M., Wolff D.: Makromol. Chem. 1992,193,3073.
• 7. Stumpe J., Lasker L., Fischer T., Rutloh M., Kostromin S., Ruhmann R: Thin Solid Films 1996,284-285, 252.
• 8. Haitjema H. J., Buruma R, Alberda Van Ekenstein G. O. R, Tan Y. Y., Challa G.: Eur. Polym. J. 1996, 32, 1437.
• 9. Czapla S., Ruhmann R, Rubner J., Zschuppe v., Wolff D.: Makromol. Chem. 1993,194,243.
• 10. Altomare A, Andruzzi L., Ciardelli E, Solaro R, Mirelli N.: Makromol. Chem. Phys. 1999,200, 60l.
• 11. Iftime G., Natansohn A, Rochon P.: Macromolecules 2002,35,365.
• 12. Choi D. H., Kim J. H.: Polym. Bull. 2001,46,395.
• 13. Ho Mei-Sing, Natansohn A, Rochon P.: Macromolecules 1996,29,44.
• 14. Meng X., Natansohn A, Barrett C, Rochon P.: Macromolecules 1996,29,946.
• 15. Ho Mei-Sing, Natansohn A., Barrett C, Rochon P.: Can. J. Chem. 1995,73,1773.
• 16. Xie S., Natansohn A, Rochon P.: Macromolecules 1994,27,1885.
• 17. Natansohn A, Rochon P., Gosselin J., Xie S.: Macromolecules 1992,25,2268.
• 18. Cross E. M., White K. M., Moshrefzadeh R. S., Francis C v: Macromolecules 1995, 28, 2526.
• 19. Springer J., Leitner M. B., Ruhmann R.: Polimery 1999,44,13.
• 20. Barrett C, Choudhury B., Natansohn A., Rochon P.: Macromolecules 1998,31,4845.
• 21. Ho Mei-Sing, Barrett C, Paterson J., Esteghamatian M., Natansohn A., Rochon P.: Macromolecules 1996, 29,4613.
• 22. Zhang Y., Wada T., Sasabe H.: J. Mater. Chem. 1998,8, 809.
• 23. Bogdal D., Stêpieñ L, Sanetra J., Gondek E.: Polimery 2003,48,111.
• 24. Janik R., Kucharski S., Kubaińska A., Łyko B.: Polish J. Chem. 2001,75,241.
• 25. Marino L G., Bersani D., Lottici P. P.: Opt. Mater. 2000 15,175.
• 26. Marino L G., Bersani D., Lottici P. P.: Opt. Mater. 2001 15,279.
• 27. Tamai N., Miyasaka H.: Chem. Rev. 2000, IDO, 1877.