chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2024-19-4-350-359EZTLUEchemicallytech-2126Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕApplication of interlayer perforation and installation of transparent elements in the technology of duplicated decorative polymer filmsПрименение межслойной перфорации и закладки прозрачных элементов в технологии дублированных декоративных полимерных пленокhttps://orcid.org/0000-0003-3232-6753НиколаевА. А.NikolaevA. A.

Николаев Александр Африканович - преподаватель кафедры «Инновационные материалы принтмедиаиндустрии», Полиграфический институт, Scopus Author ID 57224628186, ResearcherID AHB-3757-2022.

127008, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38

Alexander A. Nikolaev - Lecturer, Department of Innovative Materials of the Print Media Industry, Scopus Author ID 57224628186, ResearcherID AHB-3757-2022.

38, Bolshaya Semenovskaya ul., Moscow, 127008

nikolaevaleksandr1992@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6118-0808КондратовА. П.KondratovA. P.

Кондратов Александр Петрович - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Инновационные материалы принтмедиаиндустрии», Полиграфический институт, Scopus Author ID 6603924314.

127008, Москва, ул. Большая Семеновская, д. 38

Alexander P. Kondratov - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Innovative Materials of the Print Media Industry, Scopus Author ID 6603924314, RSCI SPIN-code 8689-3888.

38, Bolshaya Semenovskaya ul., Moscow, 127008

apkrezerv@mail.ruМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian Federation202412092024194350359Copyright © Nikolaev A.A., Kondratov A.P., 20242024Николаев А.А., Кондратов А.П.Nikolaev A.A., Kondratov A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2126Objectives

Objectives. To develop technologies for producing multilayer films of transparent thermoplastic polymers; to study methods of modifying their supramolecular structure; and to determine their optical properties by means of optical-polarization methods for the use of modified films as decorative and design materials in modern architecture.

Methods

Methods. Industrial samples of polystyrene, low-density polyethylene, polypropylene, and polyvinyl chloride films from various manufacturers (Don Polimer, Vektor, and Sibur) were the objects of the study. The optical properties of the films were studied by means polarized-light spectrophotometry. In order to modify the supramolecular structure of the polymers, the surfaces of the films were treated under isometric conditions with volatile solvents or their aqueous solutions. Parts of the layers of multilayer films were removed by cutting with a punching knife using a press or with a manual device for perforating printing materials.

Results

Results. The spectral characteristics of multilayer films of several transparent thermoplastic polymers in polarized light were determined. The study showed that a wide palette of colors and contrasting images can be obtained by mechanically removing part of the layers of multilayer films. The phenomenon of pseudo-disappearance of the outermost layer was discovered after treatment of a stack of films under isometric conditions with volatile solvents or their aqueous solutions.

Conclusions

Conclusions. Based on the example of large-scale production thermoplastics, it was shown that a combination of technological methods of stacking, perforation, and local plasticization of films of transparent thermoplastic polymers can produce pleochroic multicolor materials for a range of human activities. The possibility of hidden coding of information on multilayer packaging materials, and its visualization and instrumental reading in polarized light was confirmed by color differential and contrast of 150 and 60 units, respectively. It was also shown that several monochrome tones of different lightness and brightness can be obtained by varying the number of layers or perforating the films in multilayer materials.

Цель

Цель. Исследовать технологии многослойных пленок из прозрачных термопластичных полимеров, способы модификации их надмолекулярной структуры, а также изучить их оптические свойства с помощью оптико-поляризационных методов для использования модифицированных пленок в качестве декоративных и дизайнерских материалов в современной архитектуре.

Методы

Методы. Объектами исследования являлись промышленные образцы пленок полистирола, полиэтилена низкой плотности, полипропилена и поливинилхлорида различных производителей («Дон Полимер», «Вектор» и «Сибур»). Оптические свойства пленок исследовали с помощью спектрофотомерии в поляризованном потоке света. Для модификации надмолекулярной структуры полимеров поверхности пленок обрабатывали в изометрических условиях летучими растворителями или их водными растворами. Части слоев многослойных пленок удаляли высечкой штанцевым ножом с помощью пресса или ручным устройством для перфорации полиграфических материалов.

Результаты

Результаты. Получены спектральные характеристики многослойных пленок из нескольких прозрачных термопластичных полимеров в поляризованном потоке света. Показаны возможности получения широкой палитры цветов и контрастных изображений механическим удалением части слоев многослойных пленок. Обнаружен эффект «псевдоисчезновения» внешнего слоя при обработке пакета пленок в изометрических условиях летучими растворителями или их водными растворами.

Выводы

Выводы. На примере крупнотоннажных термопластов показано, что сочетанием технологических приемов сборки, перфорирования и локальной пластификации пленок из прозрачных термопластичных полимеров можно решать задачи создания многоцветных материалов с эффектом плеохроизма для различных сфер деятельности человека. Возможность скрытого кодирования информации на многослойных упаковочных материалах, ее визуализации и инструментального считывания в поляризованном свете подтверждена достаточным цветовым отличием и контрастом в 150 и 60 единиц соответственно. Показана возможность получения нескольких монохромных тонов различной светлоты и яркости варьированием числа слоев или перфорацией пленок в многослойных материалах.

двойное лучепреломлениеинтерференционное изображениемодификациятермоусадочные пленкивнутренние напряжениянадмолекулярная структураbirefringenceinterference imagemodificationshrink filmsinternal stressessupramolecular structureРабота выполнена в рамках гранта им. В.Е. Фортова (II очередь) Московского Политехнического университетаThis work was financially supported by the Moscow Polytechnic University within the framework of the Vladimir Fortov grantReferencesАлександров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационнооптические методы механики деформируемого тела. Москва: Наука; 1973. 576 с.Aleksandrov A.Ya., Akhmetzyanov M.Kh. Polyarizatsionnoopticheskie metody mekhaniki deformiruemogo tela (Polarization-Optical Methods of Mechanics of Deformable Body). Moscow: Nauka; 1973. 576 p. (in Russ.).Марков А.В., Лобанов В.Н. Синтез и переработка полимеров и композитов на их основе. Тонкие химические технологии. 2022;17(1): 65–75. https://doi.org/10.32362/24106593-2022-17-1-65-75Markov A.V., Lobanov V.A. Study of the stress state of polycarbonate monolithic sheets using optical-polarization methods. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2022;17(1):65–75 (Russ., Eng.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-1-65-75Николаев А.А., Ермакова И.Н., Кондратов А.П. Диапазон варьирования цвета многослойных защитных элементов упаковки из полимеров идентифицируемой в поляризованном свете. Известия ТулГУ. Технические науки. 2017;(12-2):78–88.Nikolaev A.A., Ermakova I.N., Kondratov A.P. Variation range of color multilayer protective packaging elements made of polymers identified in polarized light. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki = Proceedings of the TSU. Technical Sciences. 2017;(12–2):78–88 (in Russ.).Иванова Н.Г., Иванчев С.С., Домарева Н.М. Влияние условий синтеза на состав и композиционную неоднородность поли-(стирол-блок-метилметакрилатов), получаемых радикальной полимеризацией, инициированной полифункциональными перекисными инициаторами. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1976;18(12):2788–2792. URL: http://polymsci.ru/static/Archive/1976/VMS_1976_T18_12/VMS_1976_T18_12_2788-2792.pdfIvanova N.G., Ivanchev S.S., Domareva N.M. Effect of conditions of synthesis on the composition and composition heterogeneity of poly-(styrene-block-methyl methacrylates), obtained by radical polymerization initiated by polyfunctional peroxides. Polymer Sci. U.S.S.R. 1976;18(12):3190–3196. https://doi.org/10.1016/0032-3950(76)90434-2 [Original Russian Text: Ivanova N.G., Ivanchev S.S., Domareva N.M. Effect of conditions of synthesis on the composition and composition heterogeneity of poly-(styreneblock-methyl methacrylates), obtained by radical polymerization initiated by polyfunctional peroxides. Vysokomolekulyarnye Soedineniya. Seriya A. 1976;18(12):2788–2792 (in Russ.). URL: http://polymsci.ru/static/Archive/1976/VMS_1976_T18_12/VMS_1976_T18_12_2788-2792.pdf ]Lim Y.-S., Kim J.S., Choi J.H., Kim J.M., Shim T.S. Solvatochromic discrimination of alcoholic solvents by structural colors of polydopamine nanoparticle thin films. Colloid Interface Sci. Commun. 2022;48:100624. https://doi.org/10.1016/j.colcom.2022.100624Lim Y.-S., Kim J.S., Choi J.H., Kim J.M., Shim T.S. Solvatochromic discrimination of alcoholic solvents by structural colors of polydopamine nanoparticle thin films. Colloid Interface Sci. Commun. 2022;48:100624. https://doi.org/10.1016/j.colcom.2022.100624Hsiung B.-K., Siddique R.H., Stavenga D.G., Otto J.C., Allen M.C., Liu Y., Lu Y.-F., Deheyn D.D., Shawkey M.D., Blackledge T.A. Rainbow peacock spiders inspire miniature super-iridescent optics. Nat. Commun. 2017;8(1):2278. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02451-xHsiung B.-K., Siddique R.H., Stavenga D.G., Otto J.C., Allen M.C., Liu Y., Lu Y.-F., Deheyn D.D., Shawkey M.D., Blackledge T.A. Rainbow peacock spiders inspire miniature super-iridescent optics. Nat. Commun. 2017;8(1):2278. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02451-xTeyssier J., Saenko S.V., van der Marel D., Milinkovitch M.C. Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nat. Commun. 2015;6:6368. https://doi.org/10.1038/ncomms7368Teyssier J., Saenko S.V., van der Marel D., Milinkovitch M.C. Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nat. Commun. 2015;6:6368. https://doi.org/10.1038/ncomms7368Wen X., Lu X., Li J., Wei C., Qin H., Liu Y., Yang S. Multiresponsive, flexible, and structurally colored film based on a 1D diffraction grating structure. iScience. 2022;25(4):104157. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104157Wen X., Lu X., Li J., Wei C., Qin H., Liu Y., Yang S. Multiresponsive, flexible, and structurally colored film based on a 1D diffraction grating structure. iScience. 2022;25(4):104157. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104157Kondratov A.P., Cherkasov E.P., Paley V., Volinsky A.A. Recording, storage, and reproduction of information on polyvinylchloride films using shape memory effects. Polymer. 2021;13(11):1802. https://doi.org/10.3390/polym13111802Kondratov A.P., Cherkasov E.P., Paley V., Volinsky A.A. Recording, storage, and reproduction of information on polyvinylchloride films using shape memory effects. Polymer. 2021;13(11):1802. https://doi.org/10.3390/polym13111802Власов С.В., Кулезнёв В.Н., Марков А.В., Лапин Г.Ф., Марков Н.Г., Донцова Э.П., Блинов Ф.В., Зимин Ю.В. Двухосная ориентация полиамидных пленок. Пласт. массы. 1983;(2):41–43.Vlasov S.V., Kuleznev V.N., Markov A.V., Lapin G.F., Markov N.G., Dontsova E.P., Blinov F.V., Zimin Yu.V. Biaxial orientation of polyamide films. Plasticheskie Massy. 1983;(2):41–43 (in Russ.).Власов С.В., Марков А.В., Щербакова Е.А., Чимед Э. Высокоориентированные пленки из полипропилена и полипропиленовых композиций. Конструкции из композиционных материалов. 2000;(3):21–25.Vlasov S.V., Markov A.V., Shcherbakova E.A., Chimed E. Highly oriented films from polypropylene and polypropylene compositions. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov = Composite Materials Constructions. 2000;(3):21–25 (in Russ.).Kondratov A.P., Yakubov V., Volinsky A.A. Recording digital color information on transparent polyethylene films by thermal treatment. Appl. Opt. 2019;58(1):172–176. https://doi.org/10.1364/AO.58.000172Kondratov A.P., Yakubov V., Volinsky A.A. Recording digital color information on transparent polyethylene films by thermal treatment. Appl. Opt. 2019;58(1):172–176. https://doi.org/10.1364/AO.58.000172Shurkliff W.A. Polarized Light. Production and Use. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press; 1962. 207 p.Shurkliff W.A. Polarized Light. Production and Use. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press; 1962. 207 p.Kondratov A.P. New materials for light strain-optical panels. Light & Engineering. 2014;22(3):74–77.Kondratov A.P. New materials for light strain-optical panels. Light & Engineering. 2014;22(3):74–77.Кондратов А.П., Назаров В.Г., Николаев А.А. Способ записи и считывания информации на бесцветных прозрачных полимерных пленках: пат. 2776598 РФ. Заявка № 2021130867; заявл. 22.10.2021; опубл. 22.07.2022. Бюл. № 21.Kondratov A.P., Nazarov V.G., Nikolaev A.A. Method for Recording and Reading Information on Colorless Transparent Polymer Films: RF Pat. 2776598. Publ. 07.22.2022. (in Russ.).Kondratov A.P., Volinsky A.A., Zhang Yi., Nikulchev E.V. Polyvinylchloride film local isometric heat treatment for hidden 3D printing on polymer packaging. J. Appl. Polym. 2016;133(8):43046. http://doi.org/10.1002/app.43046Kondratov A.P., Volinsky A.A., Zhang Yi., Nikulchev E.V. Polyvinylchloride film local isometric heat treatment for hidden 3D printing on polymer packaging. J. Appl. Polym. 2016;133(8):43046. http://doi.org/10.1002/app.43046Шибаев В.П., Петрухин Б.С., Зубов В.А., Каргин В.А., Платэ Н.А. Влияние длины разветвлений на кристаллизацию и структурообразование полимеров различной микроструктуры. В сб.: Электронная микроскопия твердых тел и биологических объектов. М.: Наука; 1969. С. 150.Shibaev V.P., Petrukhin B.S., Zubov V.A., Kargin V.A., Plate N.A. Effect of branching length on crystallization and structure formation of polymers with different microstructures. In: Elektronnaya mikroskopiya tverdykh tel i biologicheskikh ob”ektov. Moscow: Nauka; 1969. P. 150. (in Russ.).Маресин В.М. Защищенная полиграфия: справочник. М.: Флинта; 2019. 640 с.Maresin V.M. Zashchishchennaya poligrafiya: spravochnik (Security Printing: Reference Book). Moscow: Flinta; 2019. 640 р. (in Russ.).Peli E. Contrast in complex images. J. Opt. Soc. Am. A. 1990;7(10):2032–2040. https://doi.org/10.1364/JOSAA.7.002032Peli E. Contrast in complex images. J. Opt. Soc. Am. A. 1990;7(10):2032–2040. https://doi.org/10.1364/JOSAA.7.002032

The authors declare that there are no conflicts of interest present.