Le proprietà ottiche dei film polimerici, tra cui trasparenza, haze, gloss, indice rifrangente e birefring, sono caratteristiche di performance critiche nelle applicazioni che vanno da imballaggi flessibili e tecnologia di visualizzazione a moduli fotovoltaici e dispositivi biomedici.

Parametri di elaborazione chiave che affettano le proprietà ottiche

I processi produttivi come estrusione, colata a solvente e soffiatura espongono i polimero si scioglie o le soluzioni ad una complessa sequenza di storie termiche e meccaniche. Ogni passo può introdurre eterogeneità strutturali che alterano la trasmissione della luce, la dispersione e la polarizzazione.

Lavorazione della temperatura

La temperatura detta la mobilità delle catene polimeriche durante il passaggio da un punto di fusione o soluzione a un film solido. A temperature eccessivamente elevate, il degrado termico può generare cromofori o difetti carbonizzati che impartiscono una tinta gialla o marrone, riducendo la chiarezza. Al contrario, le temperature che sono troppo basse possono portare a fusione incompleto o scarsa fusione tra i domini polimeri, creando microvoidi che disperdono la luce e aumentano la patologia.

Tasso di raffreddamento

Il rapido raffreddamento (intasamento) intrappola il polimero in uno stato più amorfo con piccole o senza cristallili, che generalmente produce elevata trasparenza e bassa haze. Tuttavia, il quenching può anche bloccare in residui sollecitazioni termiche e causare un restringimento del film, portando a uno spessore non uniforme e alle distorsioni ottiche associate.

Estende e Orientamento meccanico

Il modello di elasticizzazione non è un tipo di tipo polipropilene, ma può essere utilizzato per la produzione di un'anotropia ottica, che può essere utilizzata come birefring, la differenza di indice di rifrazione tra le direzioni di polarizzazione ortogonali.

Tasso di scelta e di evaporazione del solvente (Solvent Casting)

La colata di solvente è un percorso comune per pelli di alta qualità, specialmente da polimeri che sono difficili da fondere (ad esempio, acetato di cellulosa o alcuni fluoropolimeri), che causano una bassa volatilità, polarità e capacità di dissolvere la morfologia del film di influenza del polimero.

Effetti delle condizioni di lavorazione su specifiche proprietà ottiche

Ciascuno dei parametri sopra influenza una costellazione di proprietà ottiche, e ora esaminiamo i più rilevanti nei dettagli.

Trasparenza e Haze

Le caratteristiche di un'elevata trasparenza sono la frazione di luce incidente trasmessa senza dispersione, mentre la quantità di luce trasmessa che devia oltre 2,5° dalla direzione incidente. Entrambi sono fortemente influenzati dalle imperfezioni interne e superficiali. Il raffreddamento rapido o la cristallizzazione incontrollata crea eterogeneità refrattarie-index che disperdono la luce, aumentando la temperatura.

Natività e Anisotropia Optica

In film estrusi senza allungamento, orientamento indotto dal flusso vicino alla die può creare birefring in-plane; questo è spesso indesiderato nei film di finestra perché causa il colore fring quando visualizzato attraverso lenti polarizzate.

Colore e Giallo

I film polimeri possono sviluppare il colore dal degrado termico o ossidativo, dalla presenza di residui catalizzanti, o da additivi che subiscono la fotoreazione. Le temperature di elaborazione elevate, soprattutto in presenza di ossigeno, possono generare legami doppi coniugati (ad esempio, in PVC) o gruppi di carbonilici che assorbiscono nell'estremità blu dello spettro, conferendo al film un cast giallo.

Qualità delle superfici e dei materiali

I film di essiccazione arancio sono molto più veloci e più veloci. I film di essiccazione a arancia sono molto più veloci.

Tecniche di lavorazione e loro influenza sulla qualità ottica

La scelta della tecnologia di elaborazione impone i propri vincoli e le opportunità di controllo della proprietà ottica.

Estrusione e Chill Roll Casting

La maggior parte dei film polimerici sono prodotti da colata di estrusione, in cui un foglio fuso viene estruso attraverso una die meccanica e disseminata su un rullo di polipropilene. I fattori critici includono la geometria del labbro, l'uniformità del fuso, la temperatura del rotolo e le condizioni di spazio di vuoto.

Rifiuti di solvente

Il solvente viene utilizzato per la produzione di film che richiedono un'uniformità estrema dello spessore, una bassa birefring e una trasparenza ottica, come quelli utilizzati nei polarizzatori e nei filtri a colori. Il processo consiste nella dissoluzione del polimero in un solvente, nella fusione di una soluzione su una cintura continua in movimento, nell'evaporare il solvente in più zone di essicazione.

Estrusione di film soffiato

Nel processo di film soffiato, una bolla tubolare viene gonfiata dopo l'estrusione e raffreddata dagli anelli dell'aria. Mentre principalmente utilizzati per l'imballaggio, i film soffiati possono raggiungere proprietà ottiche utili quando le condizioni sono ottimizzate. Il rapporto di inflazione e il rapporto di controllo del rapporto di presa-up orientamento biassiale; i rapporti bilanciati riducono l'anisotropia e migliorano la chiarezza.

Misurazione e caratterizzazione delle proprietà ottiche

Il controllo della qualità rigoroso richiede metodi di misura affidabili.[i] strumenti più comuni sono i misuratori di temperatura (ad esempio, BYK Gardner Haze‐Gard), gli spettrofotometri e i goniofotometri per la lucentezza.

Strategie di ottimizzazione pratiche

I produttori combinano il controllo dei processi statistici con la comprensione fondamentale per raggiungere i risultati ottici desiderati. Ad esempio, nella produzione di film in PET per i fogli di backsheet fotovoltaici, un film ad alta chiarezza deve avere una bassa haze e un'alta stabilità UV. I processori possono utilizzare una struttura a tre strati di coestrusione: uno strato di nucleo con un agente di nucleazione per controllare la cristallinità e gli strati della pelle con gli assorbenti UV.

Per i film in policarbonato utilizzati nel settore automobilistico, la haze deve essere inferiore all'1%, combinata con un'elevata resistenza agli urti. Per raggiungere questo obiettivo è necessario una combinazione di contenuto di umidità molto basso (sotto lo 0,02%) prima dell'estrusione per prevenire il degrado idrolitico, una temperatura di fusione di 290–300 °C e temperature del rullo del chill di 130–140 °C per controllare lo stress residuo.

Nel colata solvente del triacetato di cellulosa (CTA) per i supporti polarizzatori, il tasso di essiccamento deve essere accuratamente profilato su più zone. La zona iniziale è impostata a una bassa temperatura (40–50 °C) per consentire al solvente di diffondersi lentamente dal film senza formare una crosta.

Conclusioni

Le proprietà ottiche dei film polimero non sono solo una funzione della struttura chimica del polimero; sono profondamente modellate da ogni fase del processo di produzione. Temperatura, frequenza di raffreddamento, stretching meccanico e evaporazione del solvente lasciano un'impronta digitale sulla morfologia del film, orientamento e qualità della superficie.