Способ записи информации на полимерах

Способ записи информации на полимерах

Реферат

Изобретение относится к способу записи информации на полимерах, который может быть использован в микроэлектронике, оптоэлектронике, при получении микрофиш, в картографировании, для создания рисунков на полимерных изделиях и т.д.

Известен фотографический способ записи информации на полимерах путем воздействия на полимер, в котором в качестве полимера используют полимерное изделие вытянутой формы - пленку (Пл), изготовленную из модифицированной целлюлозы с нанесенным на ее поверхность фотоэмульсионным составом на основе солей серебра, в котором воздействие включает облучение вышеуказанной Пл светом с последующим проявлением Пл (Рагойша Г.А., Фотографическая регистрация информации.: Хим. аспекты. Минск: Университетское, 1998, 124 с.)

Известен способ записи информации на полимерах путем воздействия на полимер, в котором в качестве полимера используют полимерное изделие вытянутой формы - Пл с нанесенным на ее поверхность ферромагнитным составом, а воздействие включает обработку полученной Пл магнитным полем (Kang S., Jia Z., Shi S., Nikles D.E., Harrell J.W., Easy axis alignment of chemically ordered FePt nanoparticles, Appl. Phys. Letters 86, 062503-1, 2005).

Наиболее близким к заявляемому является известный способ записи информации на полимерах путем температурного воздействия на окрашенный полимер, в котором в качестве полимера используют окрашенный текстильный материал на основе природных (как правило, целлюлоза и ее производные) и синтетических полимеров, содержащий специально введенные микрокапсулы с оболочкой из специально подобранного полимера. Внутри микрокапсул помещают неполярный растворитель (длинноцепочечное алкильное соединение с низкой температурой плавления), цветообразователь (например, лактон кристаллический фиолетовый) и кислотный проявитель цвета. Нагрев материала с микрокапсулами приводит к растворению цветообразователя и проявителя в растворителе. Последующее охлаждение материалов с такими микрокапсулами вызывает получение интенсивно окрашенного вещества в микрокапсулах. Температурное воздействие на такой полимер, приводящее к нагреву полимера и микрокапсул выше температуры плавления растворителя, вызывает полное исчезновение окраски, что и позволяет записывать информацию на полимере. Таким образом, данный способ основан на явлении косвенного термохромизма у лейкоформ красителей, которые в неизолированном виде нетермохромичны (Андриевский А. «Живые» ткани в России, Текстиль 1 (3), 2003 г.) - прототип.

Недостатком известного способа является его достаточная сложность, заключающаяся в обязательной обработке полимера микрокапсулами из специального полимера, заполненными многокомпонентной вышеназванной смесью с тщательно подобранным составом.

Технической задачей изобретения является упрощение известного способа записи информации на полимерах.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе записи информации на полимерах с использованием температурного воздействия на окрашенный полимер в качестве полимера используют полимерное изделие вытянутой формы, изготовленное из пластифицированного или непластифицированного, аморфного или аморфно-кристаллического полимера, который подвергают вытяжке в адсорбционно-активной среде (ААС) ряда спиртов при температуре ниже температуры стеклования (Tg) полимера, с последующей обработкой водным или спиртовым раствором нетермохромного красителя, выбранного из группы, включающей Родамин 6Ж, Метиловый зеленый и Метиленовый голубой, при температуре ниже T_g полимера, сушкой при температуре ниже T_g полимера и локальной термообработкой полимера при температуре не ниже T_g полимера. При этом в качестве полимера вытянутой формы могут быть использованы Пл, волокна, ленты, трубки, стержни.

Данный способ основан на явлении крейзинга полимеров вытянутой формы при их вытяжке в специально подобранной ААС, приводящем к образованию в полимере пористых структур.

В предложенном способе в качестве ААС могут быть использованы различные спирты, например, такие как этанол, пропанол, бутанол и т.д.

Нами было обнаружено, что полимерное изделие вытянутой формы, вначале при температуре ниже T_g полимера подвергнутое вытяжке в ААС, затем при температуре ниже T_g полимера обработанное раствором нетермохромного красителя и высушенное при температуре ниже T_g полимера, приобретает способность менять цвет при термообработке изделия при температуре не ниже T_g полимера. Локальная термообработка такого изделия при температуре не ниже T_g полимера и выше ее позволяет в данном случае вести запись информации на полимер. В данных условиях при использовании некоторых красителей также наблюдается резкое увеличение интенсивности флуоресценции у окрашенного полимера, что тоже можно использовать для записи информации на полимерах. Кроме того, появляющаяся флуоресценция вносит свой вклад в усиление контрастности при визуальном восприятии информации, записанной на полимере.

При реализации данного способа могут быть использованы как пластифицированные полимеры с различным содержанием пластификатора (что позволяет варьировать T_g полимера), так и непластифицированные полимеры. Полимеры могут быть как аморфными, так и аморфно-кристаллическими. В качестве таких полимеров можно использовать, например, поливинилхлорид (ПВХ), полиметилметакрилат, полистирол (ПС) и т.д. Полимеры могут быть неориентированными, частично ориентированными или полностью ориентированными. В последнем случае вытяжку полимера, например Пл или ленты, необходимо проводить в направлении, не совпадающем с направлением предварительной ориентации. Можно использовать как гомополимеры, так и сополимеры, при этом средневессовую молекулярную массу (M_w) и толщину полимера можно варьировать в широких пределах, например от 10 до нескольких тысяч килодальтон и от 5 до 1000 микрон (мкм) соответственно.

Вытяжку полимера можно проводить в широком интервале температур, например, от температуры замерзания, используемой ААС, до температуры ее кипения в том случае, если эта температура ниже T_g полимера. Вытяжку полимера можно осуществлять с различными скоростями, например, от 1×10^-2 до 1×10⁵ мм/мин. Степень вытяжки можно варьировать в широких пределах, например от 2% до разрыва полимера. При этом геометрические размеры исходного объекта вытянутой формы могут быть любыми. Вытяжку полимера можно осуществлять как с помощью ручного растягивающего устройства, так и в непрерывном режиме.

В предлагаемом способе можно использовать красители, выбранные из группы, включающей Родамин 6Ж, Метиловый зеленый и Метиленовый голубой. Обработку полимера раствором красителя можно осуществлять в широком температурном интервале, например от температуры замерзания ААС до температуры ниже T_g полимера. Исходная концентрация красителя в растворе может варьироваться в широких пределах. Продолжительность обработки вытянутого полимера раствором нетермохромного красителя также может варьироваться в широких пределах. При этом желательно ранее вытянутые полярные полимеры обрабатывать раствором красителя в неполярном растворителе, а ранее вытянутые неполярные полимеры обрабатывать раствором красителя в полярном растворителе.

Сушку полимера после его обработки раствором нетермохромного красителя можно проводить как в свободном состоянии, так и в изометрических условиях, как при атмосферном давлении, так и в вакууме, в широком температурном интервале, например от температуры замерзания растворителя до температуры ниже T_g полимера. Сушить полимер можно в течение различного времени, зависящего от температуры процесса, температуры кипения ААС, химической природы полимера и толщины используемого полимера.

Следует отметить, что вытяжку полимера в ААС, обработку полимера раствором красителя и сушку полимера необходимо проводить при температуре ниже T_g полимера. Проведение хотя бы одной из этих стадий при более высокой температуре, а также локальная термообработка полимера при температуре ниже T_g полимера не позволяет проводить запись информации на полимер.

Локальную термообработку изделия при температуре не ниже T_g полимера можно осуществлять различными способами, например с использованием лазера, путем касания поверхности полимерного изделия нагретым предметом нужной конфигурации, тепловой обработкой поверхности полимерного изделия через трафарет и т.д. При этом полимер может находиться как в свободном состоянии, так и в изометрических условиях. После локальной термообработки изменение цвета носит необратимый характер и может сохраняться при температуре ниже T_g полимера сколь угодно долго. При этом механические характеристики полимера не ухудшаются. Повторная локальная термообработка при температуре не ниже T_g полимера других участков ранее локально термообработанного полимера приводит к записи дополнительной информации, что позволяет создавать, например, рисунок на полимерных изделиях по фрагментам. При повторной температурной обработке изменивших цвет участков полимера дальнейшего изменения цвета не происходит. Записанную информацию можно стереть, если температурной обработке при температуре не ниже T_g подвергнуть все полимерное изделие.

Преимущества предложенного способа иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1.

Частично ориентированную Пл размером 50×30 мм и толщиной 80 мкм аморфно-кристаллического ПВХ со степенью кристалличности 7% с M_w=25 килодальтон и T_g 74°С закрепляют в зажимы ручного растягивающего устройства, затем при комнатной температуре вытягивают в ААС, в качестве которой используют изопропанол, на 20% со скоростью 10 мм/мин в направлении, перпендикулярном направлению первоначальной ориентации. Вытянутую Пл обрабатывают в изометрических условиях 0,3%-ным водным раствором нетермохромного красителя Родамина 6Ж в течение 30 мин, затем Пл сушат в изометрических условиях при комнатной температуре в течение 30 мин. Получают Пл красно-малинового цвета. Локальную температурную обработку Пл в изометрических условиях осуществляют в течение 10 мин путем касания поверхности Пл металлическим трафаретом в форме квадрата размером 10×10 мм, нагретым до 90°С, после чего Пл извлекают из зажимов растягивающего устройства. Получают красно-малиновую Пл, содержащую желто-оранжевое пятно размером 10×10 мм в месте касания трафарета. Таким образом, в месте локальной термообработки произошло изменение цвета Пл с красно-малиновой на желто-оранжевую, то есть произведена запись информации, повторяющая форму трафарета. Кроме того, на термообработанном участке наблюдают увеличение интенсивности флуоресценции в Пл в 40 раз, что также можно использовать для записи информации. Записанная информация сохраняется на Пл в течение длительного времени (годы) и лимитируется только фотоустойчивостью красителя.

Пример 2.

Неориентированную ленту размером 300×10 мм толщиной 100 мкм аморфного ПС с M_w 200 килодальтон и T_g 90°С закрепляют в зажимы ручного растягивающего устройства, затем вытягивают при 40°С на 10% со скоростью 2 мм/мин в ААС, в качестве которой используют бутанол. Вытянутую ленту извлекают из зажимов растягивающего устройства, обрабатывают 0,1%-ным раствором нетермохромного красителя Метилового зеленого в этаноле при комнатной температуре в течение 20 мин, затем сушат в течение 20 мин при 40°С при остаточном давлении 10^-1 торр. Получают окрашенную ленту светло-голубого цвета. Локальную температурную обработку ленты осуществляют при 100°С с помощью калиброванного луча инфракрасного неодимового лазера с длиной волны 1,06 мкм при низкой плотности излучения. Импульсы лазера на ленту подают в форме букв МГУ размером 5×5 мм. Получают светло-голубую ленту, содержащую на термообработанных участках буквы МГУ темно-синего цвета. Таким образом, на ленте произведена запись информации. Записанная информация сохраняется на ленте в течение длительного времени.

1. Способ записи информации на полимерах с использованием температурного воздействия на окрашенный полимер, отличающийся тем, что в качестве полимера используют полимерное изделие вытянутой формы, изготовленное из пластифицированного или непластифицированного, аморфного или аморфно-кристаллического полимера, который подвергают вытяжке в адсорбционно-активной среде ряда спиртов при температуре ниже температуры стеклования полимера, с последующей обработкой водным или спиртовым раствором нетермохромного красителя, выбранного из группы, включающей Родамин 6Ж, Метиловый зеленый и Метиленовый голубой, при температуре ниже температуры стеклования полимера, сушкой при температуре ниже температуры стеклования полимера и локальной термообработкой полимера при температуре не ниже температуры стеклования полимера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного изделия вытянутой формы используют пленку.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного изделия вытянутой формы используют волокно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного изделия вытянутой формы используют ленту.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного изделия вытянутой формы используют трубку.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного изделия вытянутой формы используют стержень.