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" NOUVEAUX PRODUITS POLARISANTS ET PROCEDES
DE PREPARATION DE CES PRODUITS ".-
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La présente invention concerne des structures feuilletées nouvelles et perfectionnées utilisées en optique.
La présente invention a pour objet : - un polariseur nouveau et perfectionné sous forme feuilletée comprenant un élément polarisant la lumière et sous la forme d'une feuille, auquel sont fixées par un adhésif plusieurs feuilles de verre ou d'un autre milieu protecteur ; - un procédé pour la production de polariseurs feuilletés nouveaux et perfectionnés, procédé dans lequel on unit la feuille polarisante à un support transparent et mécaniquement résistant, de préférence en verre; - une structure feuilletée, nouvelle et perfectionnée, pouvantêtre utilisée en optique et comprenant un élément biréfrigérant auquel sont fixées car un adhésif plusieurs feuilles de verre ou d'un autre milieu protecteur ;
- une structure feuilletée, nouvelle et perfectionnée, utilisée en optique et comprenant un élément optique analogue à un filtre auquel sont fixées plusieurs feuilles de verre ou d'un autre milieu protecteur; - des polariseurs elliptiques et circulaires, nou- veaux et perfectionnés, de structure feilletée, comprenant un élément feuilleté polarisant la lumière auquel est fixée par un adhésif une structure feuilletée bi-réfringent
Conformément à la présente invention, on a prévu : - une structure feuilletée utilisée en optique et dans laquelle un élément optique, par exemple un élément polarisant ou biréfringent'., est fixé par un adhésif entre deux feuilles d'un élément transparent; - une-structure feuilletée de ce genre dans laquelle l'indice de réfraction de l'adhésif coïncide sensiblement avec celui de l'élément optique ;
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- un élément feuilleté de ce genre dans lequel l'adhésif est un non solvant pour l'élément plastique; - un élément feuilleté de ce genre dans lequel la fabrication et/ou la modification optique ultérieure de l'élément feuilleté ne détériore pas de façon sensible la structure physique de l'élément; - un élément feuilleté dans lequel l'adhésif utilisé pour la fixation n'est pas modifié de façon fâcheuse par la chaleur sèche, l'humidité, l'immersion dans l'eau ou une exposition à une source lumineuse d'intensité élevée, ce qui fait que la durée de conservation de ces éléments est sensiblement plus
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grande que la duréedewconservatiowdes éléments feuilletés de la technique antérieure.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Des éléments optiques stratifiés sont soumis à des conditions, au cours de la fabrication, du stockage et de l'utilisation, qui entraînent souvent la formation de défauts optiques et physiques nécessitant la mise au rebut des éléments.
Ces défauts peuvent être par exemple le résultat du meulage, du polissage, du montage, etc... pendant;la fabrication, et peuvent entraîner la séparation, la fragmentation ou le fendille- ment des feuilles. Des défauts peuvent également prendre naissance pendant le stockage ou l'utilisation sous l'effet de l'humidité, de la chaleur sèche, etc... et leur résultat est la perte de l'adhérence des parties constitutives de l'élément et leur séparation.- Des défauts optiques peuvent être dus à une dégradation de l'adhésif ou à d'autres modifications chimiques se produisant dans la couche adhésive.
En conséquence, il est nécessaire de pouvoir disposer de structures feuilletées ayant une union par adhérence qui résiste victorieusement aux conditions diverses de fabrication, de stockage, et d'utilisation, auxquelles ces éléments sont
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soumis, sans dégradation physique ou optique notable. Le choix d'un adhésif destiné à ces structures feuilletées est compliqué par une difficulté supplémentaire, étant donné que l'élément op- tique à unir au milieu protecteur est généralement une pelli- cule d'un produit polymère, tel qu'un alcool polyvinylique, et qu'il est donc difficile de le faire adhérer.
Grâce à la présen- te invention, des produits feuilletés optiques, supérieurs aux ! produits-feuilletés de la technique antérieure, c'est-à-dire des produits feuilletés optiques qui remplissent les conditions ci-dessus décrites, ont été préparés en utilisant un composé époxy réticulé comme adhésif. Les qualités adhésives remarqua- bles des structures feuilletées de la présente invention sont inattendues et surprenantes quand on prend en considération les qualités connues de l'alcool polyvinylique comme agent de décol- lage et de séparation lorsqu'il est utilisé en même temps qu'un résidu époxy pour former des produits feuilletés.
La présente invention vise la production d'un élément optique feuilleté ayant des caractéristiques supérieures à celles de n'importe laquelle des structures feuilletées de la . technique antérieure, en particulier en ce qui concerne l'abhé- sif et la stabilité, le stockage, et qui comprend essentielle- ment une couche centrale d'une matière optique, par exemple d'une matière polarisant la lumière et sous forme de feuille, deux couches extérieures de verre ou d'une autre substance de protection analogue, et des couches intermédiaires d'adhésif servant à réunir de façon permanente la couche de matière opti- que aux couches extérieures de verre ou d'une autre substance.
Le taux de déchet avec les éléments optiques feuilletés confor- mes à la présente invention est sensiblement inférieur au taux de déchet existant avec les structures feuilletées de la techni- que antérieure.
A titre-d'exemples d'éléments optiques utiles dans la présente invention, on peut mentionner les éléments polari-
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sant la lumière; les éléments biréfringents et les écrans orthochromatiques.
A titre d'exemple d'une matière polarisante utile dans la présente invention, on peut citer le polyvinylène orienté dans de l'alcool polyvinylique à orientation moléculaire.
De tels polariseurs sont décrits d'une manière générale dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.173.304 du 19 septembre 1939 et n 2. 255.940 du 16 septembre 1941.
Un autre exemple de matière polarisante- utile dans la présente invention est l'alcool polyvinylique orienté qu'on a teinté ou coloré avec une solution contenant de l'iode, pour former, dans la' feuille, un complexe dichroique orienté d'iode dans de l'alcool polyvinylique solide. De tels polariseurs sont décrits d'une manière générale dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.237.567 du 8 avril 1941.
A titre d'exemple d'un élément biréfringent utile dans la presente invention, on peut mentionner l'élément bi- réfringent'.. tel que représenté d'une manière générale dans le brevet U.S.A. 2.441.049 du 4 mai 1948. Les structures feuilletée: biréfringentes; peuvent elles-mêmes être encore feuilletées sous forme d'éléments polarisants en vue de produire des polariseurs de lumière circulaires ou elliptiques.
La présente invention vise également l'utilisation d'éléments optiques non supportés et supportés ou renforcés.
On peut obtenir une description de ces éléments supportés, par exemple, dans les brevets des U.S.A. n 2.554.850 du 29 mai 1951 et n 2.674.159 du 6 avril 1954.
Le terme "écran orthochromatique" désigne une feuille ou pellicule, par exemple en gélatine ou en alcool polyvinylique, teinte avec un colorant dichroïque qui est soluble dans la matrice.
L'adhésif utilisé pour fixer le milieu protecteur
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à la feuille optique comprend une résine époxy et un agent de durcissement, de préférence un agent de durcissement à base de polyamide.
Comme on l'a déjà mentionné, le milieu protecteur transparent utilisé de préférence dans la mise en oeuvre de l'invention est constitué par des feuilles de verre, bien que d'autres milieux, par exemple des matières plastiques synthétiques telles qu'un ester polymérisé de l'acide méthacrylique, puissent être utilisées lorsque les qualités du verre ne sont pas requises. A titre d'exemples d'autres éléments transparents qu'on a trouvés satisfaisants comme milieux protecteurs dans la présente invention, on peut mentionner les feuilles d'acétobutyrate de cellulose, de carbonate d'allyl diglycol, de chlorure de polyvinyle et de chlorure de polyvinyle chloré.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le milieu protecteur, par exemple constitué par des feuilles de verre, peut être nettoyé, avant l'opération de fixation, par chauffage dans de la glycérine à 150 C, par refroidissement, par lavage à l'eau et séchage. L'épaisseur du verre ou autre substances utilisée comme plaques de recouvrement protectrices n'est limitée que par le fait que la résistance mécanique doit être nécessairement suffisante pour résister à la rupture sous les pressions utilisées au cours de la fabrication du produit feuilleté.
Dans le procédé d'union de la feuille optique au milieu protecteur au moyen de l'adhésif époxydé, on chasse l'air de l'agent de durcissement et de la résine et on mélange ces derniers sous vide pour réduire le risque d'emprisonnement' de l'air, on applique le mélange à la structure feuilletée et on fait durcir dans des conditions appropriées.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on chasse l'air de la résine et de l'agent de durcissement, pris de préférence en des quantités de 70 parties pour la résine
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époxy et de 30 parties pour l'agent de durcissement, on forme lemélane et on applique celui-ci à la température et sous forme d'une couche relativement mince, sur une couche de protection en verre, puis on applique une matière optique en feuille sur l'adhésif déposé sur le support en verre. On applique ensuite une couche d'adhésif relativement mince sur le côté libre de la feuille optique et on applique une seconde couche de protection en verre sur l'adhésif déposé sur le support optique.
On place ensuite l'ensemble feuilleté dans une presse ou un dispositif de maintien appropriés, on le soumet à une pression basse et uniforme et on le fait durcir à une température élevée. On en- lève ensuite le produit feuilleté de la presse et on le nettoie.
On peut ensuite modifier optiquement le produit feuilleté en vue d'une utilisation ultérieure ou bien quand cela est désira- ble, on peut l'utiliser directement.
Bien que l'adhésif soit, de préférence, appliqué à la température ambiante, son application peut avoir lieu à des températures élevées si on le désire, par exemple quand le mélange adhésif comprend une résine ou un agent de durcissement ayant une viscosité élevée.
Les résines époxy convenant, pour être utilisées dans la présente invention contiennent deux groupes époxy ou plus par molécule. Ces résines époxy sont généralement formées par la condensation de l'épichlorhydrine et du bisphénol A. Dans un mode de réalisation préféré, l'équivalent d'époxyde de la résine est compris entre 175 et 210. Toutefois, on peut utiliser des résines dont l'équivalent d'époxyde est compris entre 140 et 500.
Une molécule typique de la résine époxy utilisée dans la présente invention a la structure suivante :
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dans laquelle n est un nombre entier supérieur à 2 et R est
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un groupe 0 Dans un mode de réalisation préféré, la viscosité de la résine époxy est comprise entre 500 et 700 centipoises; toutefois, la viscosité de la résine peut varier dans une gamme étendue sans que la liaison par adhérence des éléments de la structure feuilletée soit fâcheusement modifiée.
La viscosité désirée de la résine époxy choisie par l'opérateur dépend de la facilité de la manutention de la résine pour le mo- de d'application particulier de l'adhésif. On peut régler phy- siquement la viscosité de la résine époxy, par exemple en la chauffant'ou, de préférence, en utilisant un diluant réactif.
A titre d'exemples de diluants réactifs convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention, on peut mentionner l'éther phényl glycidylique et l'éther allyl glycidylique.
L'agent de durcissement choisi peut être constitué par l'un quelconque des agents convenant pour la réticulation des-résines époxy. Dans un mode de réalisation préféré, on uti- lise des agents de durcissement constitués par des polyamides.
Ces composés sont des produits de condensation de polyamines et ' d'acides dibasiques obtenus par polymérisation d'acides gras non saturés. Des agents de durcissement, constitués par des polyamides et répondant à ne.type,..qui donnent satisfaction dans la présente invention, sont vendus par "General Mills, Inc", à Kankake, Etat d'Illinois, E.U.A., sous la marque de commerce "Versamid".
Les résines de polyamides du type "Versamid" qu'on trouve utiles dans la présente invention comprennent les pro- @ duits : "Versamid 115" ayant'un indice d'amine de 215 et une densité à 25 C/25 C de 0,99, "Versamid 125" ayant un indice d'a- mine de-305 et une densité à 25 C/25 C de 0,97 et "Versamid 140" ayant un indice d'amine de 375 et une densité à 25 C/25 C de 0,97.
¯¯.En plus des agents de durcissement du type des po- lyamides, on peut utiliser d'autres agents de vulcanisation
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connus dans la technique, comme les anhydrides d'acides, par exemple l'anhydride succinique, les acides organiques et les amines primaires et secondaires.
Le mélange composé époxy-agent de durcissement uti- lisé dans la présente invention possède une durée de conserva- tion au stockage à température ambiante, durée pendant laquelle il coule'suffisamment bien pour qu'on puisse l'appliquer sur le produit feuilleté, qui est de plusieurs heures, ce'qui permet une grande souplesse dans la préparation de ces produits feuil- letés.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus un mode de misen oeuvre du procédé de l'invention, il est bien entendu qu'on peut modifier le procédé sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, les résines époxy peuvent avoir une grande gamme de viscosités. Le rapport de la résine époxy à l'agent de dur- cissement peut varier dans-une gamme étendue, par exemple entre 30:70 et 80:20, sans nuire à l'adhérence de l'élément. On peut appliquer la résine de n'importe quelle façon connue dans la technique, par exemple au pinceau, par étalement, par extrusion à travers un ajutage sous pression, etc... On peut également mo- difier les conditions de durcissement selon les voeux de l'opé- rateur, selon le choix de la combinaison particulière résine- agent durcissant avec pour seule limite la stabilité du milieu protecteur ou de l'élément optique dans ces conditions.
Les exemples non limitatifs ci-après illustrent la préparation des nouvelles structures feuilletées de la pré- sente invention.
EXEMPLE I
On mélange 7 d'une résine époxy ayant un équiva- lent d'époxydé de 175 à 195 avec 3 g d'un agent de durcissement à base de polyamide (vendu par "General Mills, Inc." sous la marque de fabrique "Versamid 140"). On chasse l'air du mélange adhésif en appliquant un vide de 0,1 mm pendant 1 heure. On ap-
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plique ensuite une petite quantité d'adhésif sur une couche de protection en verre, préparée comme décrit ci-dessus. On applique ensuite, sur l'adhésif déposé sur le verre, un élément polarisant en feuille fait d'un polyvinylène orienté dans de l'alcool polyvinylique orienté. On applique alors une petite quantité de résine sur la surface libre de la feuille polarisante et on applique une seconde couche protectrice en verre sur l'adhésif déposé sur la couche polarisante.
Après avoir placé la structure feuilletée dans un support, on fait durcir l'adhésif pendant 2 heures à 95 C. Ensuite, on rogne les bords de la structure feuilletée- et on la.polit, dans une installation classique de traitement du verre. Avec les structures feuilletées optiques préparées de cette manière, on ne constate pas quand elles sont soumises aux conditions d'essai suivantes, de séparation des bords, de fendillement ou d'autres défauts optiques ou physiques : -1. Exposition à une humidité relative de 95%, à
30 C et pendant 240 heures.
-2. Chaleur sèche (65 C) nendant 240 heures.
-3. Cycle d'essai accéléré aux intempéries, c'est- à-dire exposition d'une durée de 18 heures à
48 C aux rayons d'une lampe solaire G. E. 2 heures d'exposition à une humidité relative de
100% à à 22 C, 2 heures d'exposition à la lumiè- re solaire, et 2 heures d'exposition à une humidité de 100%.
-4. 240 heures d'exposition à une lampe à arc à atmosphère de xénon, à 50 C, et à une humidité relative de 50%.
EXEMPLE II
On prépare comme dans l'exemple I une structure optique feuilletée, en utilisant comme élément polarisant un produit complexe alcool polyvinylique orienté-iode. Les pro-
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duits feuilletés préparés de cette manière ne sont pas alté- rés optiquement ou physiquement après exposition à la chaleur sèche à 65 C pendant 300 heures ou après une immersion dans l'eau à 25 C pendant 150 heures.
EXEMPLE III
On prépare un écran orthochromatique en imbibant une feuille d'alcool polyvinylique orienté avec une solution à
1% de colorant jaune "Du Pont Pontamine Fast Yellow L2RX (Direct Yellow 23)" jusqu'à obtention de la densité optique désirée (transmission de 70%). En utilisant ce filtre, on prépare une structure feuilletée optique comme dans l'exemple I. Les structures feuilletées préparées de cette manière ne semblent pas dégradées physiquement ou optiquement après exposition à la chaleur sèche à 65 C pendant 240 heures, immersion dans l'eau à 25 C pendant 240 heures, ou exposition à un arc au xénon à 50 C et une humidité relative de 50% pendant 240 heures.
EXEMPLE IV
On mélange, avec 4 g d'anhydride succinique, 10 g d'une résine époxy ayant un équivalent époxy de 175 à 195. On ajouteégalement un amorceur pour la réaction constitué par de la N,N-diméthylbenzylamine (0,5 g) . On chasse l'air du mélange en appliquant un vide de 0,1 mm pendant 1 heure. En utilisant cet adhésif, on prépare une structure feuilletée comprenant une couche de protection en verre et un élément pdarisant en polyvinylène orienté dans de l'alcool polyvinylique orienté et on la fait durcir pendant 48 heures à 95 C. Quand les structures feuilletées préparées de cette manière sont soumises à une immersion dans l'eau pendant 240 heures à 25 C et à une chaleur sèche à 65 C pendant 240 heures, elles ne sont pas dégradées optiquement ou physiquement.
EXEMPLE V
On mélange 4,5 g d'une résine époxy ayant un équivalent d'époxy- de 180 à 195 avec 5,5 g d'un agent de durcissement à base de polyamide (vendu par "General Mills, Inc. ", sous
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la marque de fabrique "Versamid 140". On traite le produit adhésif et on prépare les structures optiques feuilletées comme dans l'exemple I. On soumet les structures préparées de cette manière à une chaleur sèche pendant 250 heures et à une immer- sion dans l'eau à 25 C pendant 250 heures, sans dégradation de leurs propriétés physiques ou optiques.
EXEMPLE VII
On prépare des structures feuilletées polarisant la lumière de la même manière que dans l'exemple I en utilisant 4,5 g de résine époxy et 5,5g d'agent de durcissement à base de polyamide. Des structures feuilletées préparées de cette manière sont soumises à une immersion dans de l'eau à 25 C pendant 250 heures sans dégradation de leurs propriétés optiques ou physiques.
Les structures feuilletées de la présente invention possèdent des propriétés optiques et physiques améliorées .
La substance adhésive décrite ci-dessus maintient une adhérence solide et complète entre la matière optique et le milieu protecteur dans une gamme étendue de températures, de teneurs en humidité, de durées d'immersion dans l'eau et de conditions d'intempéries, ce qui augmente la durée de stockage et la durée utile des éléments optiques à un degré appréciable. On peut ajouter à l'adhésif divers colorants et agents absorbants la lumière de l'ultraviolet sans nuire à la qualité de l'adhérence.
Comme mentionné plus haut, la matière adhésive n'a pas d'effet nuisible sur les qualités optiques de la structure feuilletée. Par exemple, on n'observe pas de biréfrin.:gence désirée dans les structures feuilletées polarisantt la @ .lumière conformes à la présente invention-
On a constaté que, grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, on peut utiliser une couche d'adhésif relativement mince, ce qui réduit au minimum la possibilité d'une déformation d'objectif, de couches d'interférence résultant de
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la présence d'intervalles d'air, ou d'autres aberrations opti- . ques. On a constaté que des couches d'adhésif d'une épaisseur comprise entre 0,005 et 0,025 mm sont satisfaisantes.
Ceci est inattendu quand on considère qu'avec les structures feuilletées de la technique antérieure, il fallait utiliser des couches beaucoup plus épaisses.
Les couches d'adhésif à base de résine époxy possèdent un indice de réfraction approximativement égal à celui d'une feuille moléculairement orientée d'alcool polyvinylique.
Il est bien entendu que des structures feuilletées
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multiples peuvent-$tre-elles-mêmes unies les unes aux autres grâce à la mise en oeuvre de la présente invention. Par exemple, on peut faire adhérer une structure feuilletée d'élément biréfringent à une structure feuilletée polarisant la lumière pour former un polariseur circulaire.
REVENDICATIONS
1.- Structure feuilletée utilisée en optique, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément optique transparent fixé à au moins une couche transparente grâce à une couche adhésive comprenant une résine époxy réticulée contenant au moins deux groupes époxy par molécule.