DD146859A1 - Achromatische phasenplatte aus organischem kunststoff und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Ziel der Erfindung ist es, achromatische Phasenplatten mit verbesserten Eigenschaften, erhoeter Funktionssicherheit und mit vereinfachtem Aufbau herzustellen. Auch das Herstellungsverfahren soll vereinfacht und der technische Aufwand zur Herstellung soll vermindert werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, achromatische Phasenplatten herzustellen, die nur aus einem homogenen doppelbrechenden Medium aufgebaut sind. Die Temperaturabhaengigkeit des opttischen Gangunterschiedes soll unter 1 nm/K gesenkt werden und die Bestaendigkeit bei Temperaturen von mindestens +55 Grad C soll gesichert sein. Die erfindungsgemaesze achrometische Phasenplatte wird aus einem homogenen Copolymeren aus Methacylsaeurealkylestern, Diallylestern der isomeren Phthalsaeuren und/oder Diethylenglykol-bis-allycarbonat und Styren oder a-Methylstyren gebildet. Achromatische Phasenplatten finden in polarisationsoptischen Systemen in der Mesztechnik und Mikroskopie zur Erzeugung von Licht mit definiertem Polarisationszustand unabhaengig von der vorliegenden Wellenlaenzusammensetzung Anwendung.

Description

1 727 1
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine achromatische Phasenplatte aua einem doppelbrechenden organischen Kunststoff und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher achromatischer Phasenplatten.
Achromatische Phasenp}.atten finden Anwendung in polarisationsoptischen Systemen in der Meßtechnik und in der Mikroskopie zur Erzeugung von Licht mit definiertem Polarisationszustand unabhängig von der vorliegenden Wellenlängen-» Zusammensetzung·
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Phasenplatten bestehen üblicherweise aus optisch anisotropen Medien, in denen einfallendes Licht durch die Doppelbrechnung in zwei Teilviellen aufgespalten wird, die senkrecht zu einander polarisiert sind» Diese Teilwellen weisen nach ihrem Austritt aus solchen Platten einen optischen Gangunterschied auf, der durch geeignete Wahl der Plattendicke auf bestimmte Bruchteile oder Vielfache der Wellenlänge des einfallenden Lichtes eingestellt werden kann«
Am häufigsten werden Ά/4-, ^/2 oder X-Phasenplatten angewandt*
Solche einfachen Phasenplatten erzeugen jedoch auf Grund ihrer Dispersionseigenschaften einen solchen definierten Gangunterschied von beispielsweise A/4 nur für eine bestimmte Wellenlänge und sind deshalb nur für monochromatisches Licht einsetzbar«
- 2 - 21727
Für Arbeiten in einem breiteren Spektralbereich ist es notwendig, einen konstanten Gangunterschied unabhängig von der Wellenlänge zu realisieren« So gehört es zum Stand der Technik, eine Quarzplatte mit einer Platte aus Magnesiumfluorid in gekreuzter Stellung der optischen Achsen unter Einhaltung bestimmter Dickenverhältnisse beider Platten zu kombinieren· Die beiden Platten sind dabei parallel zur optischen Achse geschnitten (DE-OS 1772901), Die damit erreichte Achromasie dieser Phasenplattenanordnung beruht auf einer optimalen Kompensation der Wellenlängenabhängigkeit der Gangunterschiede der Einzelplatten· Der Mangel dieser achromatischen Phasenplatte besteht jedoch darin, daß sie aus einer Anordnung von verschfedenen doppelbrechenden Kristallmedien aufgebaut ist und die Dicken der Einzelplatten besonders bei Gangunterschieden unter
A/2 so geringe Werte annehmen müssen, daß sie in Anbetracht der damit verbundenen engen Dickentoleranzen und der gleichzeitig erforderlichen hohen Parallelität der Flächen nur mit sehr hohem technologischen Aufwand herstellbar sind« Außerdem sind die Kosten für die Herstellung der Ausgangskristalle in der erforderlichen Größe sehr hoch*
Ferner ist es bekannt, achromatische Phasenplatten aus verschiedenen doppelbrechenden organischen Polymermedien herzustellen, indem gestreckte Folien aus Cellulosenitrat und Celluloseacetat in der Weise kombiniert werden, daß die Pachtungen der größten Brechzahlen gekreuzt sind (US~Pat·
Auch hierbei ist es von Nachteil, daß zur Realisierung der Achromasie des optischen Gangunterschiedes ein Verbund aus K) zwei unterschiedlichen Medien notwendig ist, dessen Realisierung eine aufwendige Technologie erfordert* Zu dem wirkt sich nachteilig aus, daß derartige achromatische Phasenplatten bei Temperaturen von 55°C keine ausreichende Beständigkeit gegen Feuchtigkeit uhd Wärme besitzen*
217 27
Den bekannten technischen Lösungen gemeinsam ist darüber hinaus der Mangel, daß die Functionstuchtigkeit der bisherigen achromatischen Phasenplatten wesentlich von der genauen Orientierung der optischen Achsen der verschiedenen doppelbrechenden Medien zueinander abhängt, wozu ebenfalls ein hoher Aufwand an Meßtechnik und Technologie notwendig ist,
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Mangel der bekannten achromatischen Phasanplatten zu beseitigen, deren Funktionseigenschaften zu verbessern, die Funktionssicherheit zu erhöhen und gleichzeitig deren Aufbau zu vereinfachen. Außerdem soll das Verfahren zur Herstellung achromatischer Phasenplatten vereinfacht und der technische Aufwand zur Realisierung der Achromasie vermindert werden·
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, achromatische Phasenplatten zu realisieren, die nur aus einem doppelbrechenden Medium aufgebaut sind· Darüber hinaus soll neben der Achromasie gleichzeitig eine Temperaturabhängigkeit de3 optischen Gangunterschiedes im VIS-Spektralbereich unter 1 nm/K erreicht werden. Weiterhin εοΐΐ die Beständigkeit dor achromatischen Phasenplatten bei Temperaturen von mindestens +55 C ge»· sichert sein.
Zur Aufgabe der Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger achromatischer Phasenplatten, wobei auch großflächige Formen realisierbar sein sollen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine achromatische Phasenplatte aus doppelbrechendem organischen Kunststoff gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie homogen aus einem Copolymere η von 50 bis 80 Masse-yS Methacrylsäurealkylestern mit Alkylgruppen einer Kettenlänge von 1 bis 3 C-Atomen, 10 bis 35 Masse-% Diallylestern der isomeren Phthalsäuren und/oder Diethylenglykol-bis«allylcarbonat
«. 4 ·»
und 4- bis 20 Masse-% Styren oder &-Methylstyren besteht. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung derartiger achromatischer Phasenplatten, bei dem jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Ansatzes, eine Mischung von 50 bis 80 Masse-% Methacrylsäurealkylester von einer Kettenläng© von 1 bis 3 C-Atomen im Alkylrest und 10 bis 35 Masse-% Diallylester der isomeren Phthalsäuren oder Diethylenglykol~bis-allylcarbonat und 4 bis 20 Masse-/» Styrenoder o(-Methylstyren' in Gegenwart von 0,05 bis 0,2 Masse-% radikalbildender organischer Peroxidverbindungen in einer ersten Stufe 30 Minuten lang bei 80 bis 85 C unter Inertgasatmosphäre vorpolyraerisiert wird· In einer zweiten Stufe wird das Vorpolytnerisat in küvettenartige Formen gefüllt, in denen unter Luftabschluß im Ver-
1,5 laufe von 12 Stunden bei 400G und 24 Stunden bei 5O0C und anschließend unter stufenwoiser Steigerung der Temperatur auf 105°C innerhalb von weiteren 27 Stunden die Copolymerisation zuende geführt wird
In einem dritten Verfahrensschritt wird das entstandene plattenförmige, fest© Copolymerisat nach der Entformung bei 1300C bis 1600C um das 1,1- bis 2-fache seiner Länge verstreckt«
Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß anstelle der einzelnen Methacryl- säurealkylester Mischungen von mindestens zwei dieser Ester eingesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß anstelle der einzelnen isomeren Phthalsäurediallylester Mischungen von mindestens
30' zwei der isomeren Phthalsäurediallylester in den Copolymerisationsansatz eingebracht werden*
Zu den Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehört es auch, daß Mischungen aus den isomeren Phthalsäurediallyl-Θ3tern und aus Diethylenglykol-bis-allylcarbonat im Copolynierisation3an3atz verwendet werden.
Von besonderem Vorteil ist es, daß die erfindungsgemäßen achromatischen Phasenplatten im Gegensatz zu den bekannten technischen Lösungen keine Verbundanordnungen aus verschiedenen doppelbrechenden Medien sind, sondern sie bestehen aus einem einzigen homogenen, organischen Polymermedium· Die Achromasie der bisher bekannten Phasenplatten wurde durch eine Kompensation der verschieden gerichteten Doppelbrechungs- und Dispersionseigenschaften zwischen unterschiedlichen optischen Medien erreicht· Demgegenüber wird die mit der vorliegenden Erfindung erreichte Achromasie und die gleichzeitige hohe Temperaturunabhängigkeit des optischen Gangunterschiedes von =0,5 nm/K mit einem neuen Wirkprinzip erklärt, das in einer intramolekularen Kompensation der unterschiedlich gerichteten Doppelbrechungs- und Dispersionsinkremente der Bestandteile der erfindungsgemäßen Copolymerisate besteht.
Die zur Copolymerisation vorteilhafterweise eingesetzen Methacrylsäureester sind Methacrylsäuremethylester, Methacrylsäureethylester, Hethacrylsäurepropylester, während als isomere Phthalsäurediallylester Terephthalsäurediallyloster, Isophthaleäurediallylester und o-Phthalsäurediallylester in Präge kommen·
Als radikalbildendo Polymerisationsinitiatoren werden vorzugsweise organische Peroxide, wie ζ·Β# Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, tert.-Butylperoxid eingesetzt.
ftis weiterer Vorteil ist die. Tatsache anzusehen, daß die einachsige Verstreckbarkeit der erhaltenen Copolymerisate trotz des Gehaltes an potentiell Duroplaste bildenden Di'allylverbindungen bis zu 35 Masse-% voll erhalten bleibt und daher eine Beschränkung der zur Copolymerisation einzusetzenden Stoffe auf ausschließlich Thex-moplaste bildende Monomeren nicht notwendig ist·'
a» Q ·> >
217271
Ausführungsbeispiele
An Hand der folgenden Ausführungen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert· ,
Beispiel 1
5. 917,6 g (77,4 Masse-%) Methacrylsäuremethylester, 167,7 g (14,1 Masse-%) Terephthalsäurediallylester und 100,7 g (8,5 Masse-%) Styren werden, unter Rühren miteinander vermischt· Anstelle des Methacrylsäuremethylester können mit gleichem Erfolg 957,8 g einer Mischung aus Methacrylsäuremethylester und Methacrylsäurepropylester im Masse-Verhältnis von 80:20 eingesetatwerden»
Nach dem Zusatz von 920 mg (0,08 Masse-%) Dibenzoylperoxid oder 1520 mg (0,13 Masse-%) Dilauroylperoxid als radikalbildende Polymerisationsinitiatoren wird die Mischung bei 80 bis 850C etwa 30 Minuten unter einer Inertgasatmosphäre aus Argon, Helium oder Stickstoff bis zu einer sirupartigen Konsistenz vorpolymerisiert·
Das noch gießfähige Vorpolymerisat wird in Küvetten aus mit Trennmittel beschichteten Glasplatten gegossen, die einen Hohlraum von 220x220x6 mm umschließen« Nach dem Einfüllen de3 Vorpolymerisats wird die Öffnung der Küvette abgedeckt, um bei der weiteren Copolymerisation den Luftzutritt zu verhindern· In einem Umlufttrockenschrank erfolgt die Copolymerisation nach folgendem Temperaturprogramm:
400C 12 Stunden 800C 1 Std.
500G 24 It 850C 1 Std·
550C 3 Il 9O0C 1 Std·
600C 1 Std. 950C 1 Std·
650G 1 Std· 1000C 4 Std*
700C 1 Std· 105°C 3 Std*
750C 10 Std·
- 7 - 217 27 i
Anschließend wird die Küvette samt auspolyraorisiertem Inhalt auf 700C abgekühlt und in ein Wasserbad von 35°C gelegt, wodurch die Entformung stattfindet und das Copolymerisat aus der Küvettenforra entnommen werden kann.
Danach wird das plattenförmige Copolymerisat mit.einer Dicke von 4,5 bis 4,6 mm in einer Streckvorrichtung eingespannt, etwa 4 bis 5 Minuten auf 140 bis 15O0C erhitzt und dann auf das 1,43-fache seiner ursprünglichen Länge gereckt· Die so hergestellten jl/4-Phasenplatten zeigen nach dem Abkühlen auf Räumtemperatur eine achromatische Dispersion· Die Ehringhaus-Zahl beträgt -3,55· Der Verlauf des optischen Gangunterschiedes von -^/4 in Abhängigkeit von der Wellenlänge ^. geht aus der folgenden Tabelle 1 hervor:
Λ* A/4 gemessen 4/4 berechnet
5 486 nm 112,5 ntn 121,5 nm
551 nm 134,5 nm 137,7 nm
589 nra 146,1 nm 147,5 nm
656 nra 153,7 nm 164,0 nm
Die gemessene Temperatursbhängigkeit des Gangunterschiedes beträgt =0,5 nm/K·
Beispiel 2
Yfie im Beispiel 1 beschrieben, wird eine Mischung aus 640 g (52,6 Masse-%) Methacrylsäuremethylester, 360 g (29,6 Massel) Terephthalsäurediallylester und 217,5 g (17,8 Masse-%) Styren unter Zugabe von 1350 mg (0,12 Masae-yS) Dibenzoylperoxid copolyraerisiert« Mit gleichem Erfolg kann anstelle von Styren 246,8 g α-Methylstyren und anstelle von Dibenaoylperoxid können 550 mg (0,05 Masse~%) tert. Butylperoxid eingesetzt werden·
Nach der im Beipicl 1 beschriebenen Entformung werden die in einer Dicke von 4,5 bis 4,6 erhaltenen Platten in einer Streckvorrichtung um das 1,32-fache in Längsrichtung bei einer Temperatur von I50 bis 1600C verstreckt.
Die 80 erhaltenen Platten zeigen eine Temperaturabhängigkeit des optischen Gangunterschiedes von = 0,4 nm/K· Die Werte für die optischen Gangunterschiede A/4 in Abhängigkeit von der 'Wellenlänge Ji entsprechen den ,in Tabelle 1 wiedergegebenen Werten·
Beispiel 3
1105 g (80,5 Maßse-%) Methacrylsäurepropylester, 167,7 g (12,2 Masse-%) Terephthalsäurediallylester und 100,7 g (7,3 Masse-%) Styren werden in Gegenwart von 920 mg (0,07 Masse-SS) Dibenzoylperoxid oder 1520 mg (0,11 Blasse-^) Dilauroylperoxid in der in Beispiel 1 beschriebenen V/eise copolymerisiert« Anstelle des Methacrylsäurepropylesters können auch 1043 g einer Mischung aus Methacrylsäuremethylester und MethacrylsäurepropjLester im M.asseverhältnis von 20:80 eingesetzt werden« Die nach der Entformung erhaltenen Platten werden in einer Streckvorrichtung um das 1,53-fache in Längsrichtung bei einer Temperatur von 1300C bis 1400G verstreckt
Die Temperaturabhängigkeit des optischen Gangunterschiedes beträgt =0,5 nm/K· Die Abhängigkeit des optischen Gangunterschiedes Λ/4 von der Wellenlänge A ist aus der folgenden Tabelle 2 zu ersehen.
-w4 gemessen ^/4 theoret·
121,5 nm
551nm 135,1 nm 137,7 nm
147,5 nm 164,0 nm
Analog der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise werden 640 g (52,6 Masso~%) Methacrylsäuremethylester, 360 g (29,6 Masse-#) Isophthalsäurodiallylester und 217,5 g (17,8 Masse-%) Styren unter Zugabe von 1350 mg (0,12 Massel) Dibenzoylperoxid oopolymerisiertc
486nm 110,0 nm
551 nm 135,1 nm
589 nm 147,0 nm
656nm 165,1 nm
BeispieTj-
- 9 - 2Ϊ7 27Ί
Wach der im Beispiel 1 beschriebenen Entformung wird die erhaltene Platte in einer Streckvorrichtung um das 1,52-fache bei 1400C- 15O0C gestreckt. Die Temperaturabhängigkeit des optischen Gangunterschiedes yv4 liegt bei =0,5 nm/K. Der Verlauf des optischen Gangunterschiedes
von der Wellenlänge J{ ist aus der folgenden Tabelle zu ersehen:
A Λ//\. gemessan " -^y 4 theoret· -
115,7 nm 121,5 nm
551 nm 137,4 nm 137,7 nm
146,3 nra . 147,5 nm
152,6 nm 164,0 nra
486 nm
551 nm
589 nm
656 nm
Beispiel 5
Vf'ic in Beispiel 1 beschrieben,werden 64O g (52,6 Masse-%) Methacrylsäuremethylester, 360 g (29,6 Masse-%) einer Mischung au3 Terephthalsäurediallylester und Isophthalsäurediallylester im Masse-Verhältnis von 85:15 und 217,5 g (17,8 Masse-%) Styren unter Zugabe von 1350 mg (0,12 Massel) Dibenzoylperoxid copolymerisiert.
Die nach der Entformung erhaltene Platte wird in einer Streckvorrichtung bei 1500C bis 1600G um das 1,47-fache in Längsrichtung verstreckt. Die so erhaltene achromatische Phasenplatte weist eine Temperaturabhängigkeit des /I/4-Gangunterschiedes von = 0,4 nm/K auf· Der Verlauf des Λ/4-Gangunterschiedes in Abhängigkeit von der Wellenlänge entspricht den Werten der Tabelle 1·
Beispiel 6,
800 g (61,25 Masse-?») Methacrylsäuremethylester, 450 g (34,5 Massel) Diethylenglykol-bis-allylcarbonat und 55,5 g (4,25 Masse-%) Styren werden unter Zugabe von mg (0,07. Masse-;») Dibensoylperoxiddds&a^kaaaa-t in der in
- 10 - 2 « / i> e I
Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise copolymerisiert* Die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Entfortnung erhaltene Platte wird 'bei 1400C bis 15O0G um das 1,34-fache in Längsrichtung verstreckt, um eine achromatische /y4-Phasen-5. platte zu erhalten» Die Temperaturabhängigkeit des
ι JV/4~Gangunterschiedes beträgt = 0,5 nm/K, Der Verlauf des A/4-Gangunterschiedes in Abhängigkeit von der Wellenlänge /L ist aus der folgenden Tabelle 4 zu ersehen:
λ Λ/4 geraessen JyA theoret·
486 nm 122,4 nra 121,5 nm
551 am 138,7 nm 137,7 nm
589 nm 147,2 nm 147,5 nm
656 nm 157,1 m 164,0 nm
Beispiel 7
Analog Beispiel 6 werden 800 g (61,1 Massel) Methacrylsäuremethylester, 455 g (34,7 Masse-%) einer Mischung aus 50 Masse-Teilen Diethylenglykol-bis-allylcarbonat und 50 Masse-Teilen Terephthalsäurodiallylester und 55,5 g (4,2 Masse~%) Styren unter Zugabe von 850 mg (0,07 Massel) Dibenzoylperoxid in der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise copolyraerisiert und entformt. Die erhaltene blatte wird bei 1400G bis 1500C um das 1,38-fache in Längsrichtung verstreckt· Die so entstandene achromatische Λ/4-Phasenplatte hat eine Temperaturabhängigkeit des /i/4-Gangunterschiedes von = 0,45 nm/K. Der Verlauf des /1/4 -Gangunterschiedes in Abhängigkeit voh der Y/ellenlängeyl ist aus der folgenden Tabelle 5 zu entnehmen:
NA gemessen . </y4 theoret«
121,5 nm
551 nm 136,9 nm '. 137,7 nm
147,5 nra 164,0 nm
486 nsi 119,3 nm
551 nm 136,9 nm
589 nm 145,8 nm
656 nm 152,4 nra
21 727 ί
In Abhängigkeit vom Verstreckungsgrad bzw« von der nach der Yerstreckung eingestellten Schichtdicke können auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele wahlweise auch achromatische Phasenplatten mit Gangunterschieden hergestellt werden, die größer oder kleiner als •/v4 sind· So ist es z*B. nach Beispiel 1 möglich, durch eine Ver~ streckung um das 1,86-fache eine A^-Phasenplatte herzustellen» TJach Beispiel.2 erhält man analog durch Verstrecken um das 1,16-fache eine -^-/8-Phasenplatte.

Claims (5)

Erfindun^sans^ruch · "U Achromatische Phasenplatte aus doppelbrechendem, }organischem Kunststoff, gekennzeichnet dadurch, daß sie homogen aus eitern Copolymeren von 50 bis 80 Masse-% Methacrylsäurealkylestern mit Alkylgruppen einer Kettenlänge von 1 bis 3 C-Atomen, 10 bis 35 Masse-% Diallylestern der isomeren Phthalsäuren und/oder Diethylenglykol-bis-allylcarbonat und 4 bis 20 Masse~/£ Styren oder tf-Methylstyren besteht, . ·
1*5 C-Atomen im Alkylrest und 10 bis 35 Masse-?S Diallylester der isomeren Phthalsäuren oder Diethylenglykol-bis-allylcarbonat und 4 bis 20 Masse-?» Styren oder oC -Methylstyren in Gegenwart von 0,05 bis 0,2 Masse-vS radikalbildender organischer Peroxidverbindungen in einer ersten Stufe 30 Minuten lang bsi 80 bis 85°C unter Inertgasatmosphäre vorpolymerisiert werden und die erhaltenen Vorpolymerisate nach dem Einfüllen in Formen in einer zweiten Stufe unter Luftabschluß im Verlaufe von 12 Stunden bei 4O0C und 24 Stunden bei 500C und anschließend unter stufenweiser Steigerung der Temperatur auf 1O5°C innerhalb von 27 Stunden vollständig copolymerisiert werden und in einer dritten Verfahrensstufe die nach der Entformung erhaltenen plattenförmigen Copolymerisate bei Temperaturen von 13O0C bis 1600C um das 1,1- bis 2-fache ihrer Länge verstreckt werden«
2· Verfahren zur Herstellung von achromatischen Phasenpla'tten aus organischem Kunststoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß oeWQils bezogen auf die Gesamtmenge der Copolymerisationsmischung, 50 bis 80 Masse-% Methacrylsäurealkylester von einer Kettenlänge von 1 bis 3
3· Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß Mischungen von mindestens zwei der Methacrylsäurealkyl- · ester eingesetzt werden«
4· Verfahren nach Punkt 2 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß Mischungen von mindestens zwei der Diallylester der isomeren Phthalsäuren eingesetzt werden.
5· Verfahren nach Punkt 2, 3 und 4, gekonnzeichnet dadurch, daß Mischungen aus den Diallylestern der isomeren Phthalsäuren und aus Diethylenglykol-bis-allylcarbonat eingesetzt werden.
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