DE10048796A1 - Lichtleiter - Google Patents

Lichtleiter

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polycarbonat mit einem niedrigen Teilchengehalt, die Verwendung dieses Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern, Lichtleiter, umfassend einen Kern, enthaltend das genannte Polycarbonat, ein Verfahren zur Herstellung der genannten Lichtleiter, die Verwendung der genannten Lichtleiter zur Übertragung optischer Signale in Transportmitteln sowie Transportmittel, enthaltend die genannten Lichtleiter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polycarbonat mit einem niedrigen Teilchengehalt, die Verwendung dieses Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern, Lichtleiter umfassend einen Kern, enthaltend das genannte Polycarbonat, ein Verfahren zur Herstellung der genannten Lichtleiter, die Verwendung der genannten Lichtleiter zur Übertragung optischer Signale in Transportmitteln, sowie Transportmittel enthaltend die genannten Lichtleiter.
Lichtleiter dienen zur Übertragung optischer Signale. Lichtleiter enthalten einen Kern aus optisch transparentem Material. Der Kern kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff bestehen. Der Kern wird auch Faser genannt. Der Kern oder die Faser kann einen beliebigen Querschnitt und Durchmesser haben. Querschnitt und Durchmesser werden in der Praxis, gemäß den vorliegenden technischen Anforderungen gewählt.
Der Kern der Lichtleiter ist üblicherweise beschichtet. Die Beschichtung kann beispielsweise aus Kunststoff oder Lack bestehen. Die Beschichtung bietet einen gewissen Schutz vor mechanischen Einwirkungen auf den Kern. Die Beschichtung verbessert weiterhin die Effizienz der Übertragung optischer Signale mit dem Lichtleiter. Somit sind insbesondere die mechanischen und die optischen Eigen­ schaften der Beschichtung von Bedeutung.
Dieses System aus Kern und Beschichtung kann von einer Hülle oder einem Mantel umgeben sein. Diese dient beispielsweise zum Schutz vor Beschädigung und Umwelteinflüssen.
Die Übertragung des optischen Signales, bevorzugt durch sichtbares Licht, findet in Lichtleitern in erster Linie im Kern statt. Somit sind insbesondere die optischen Eigenschaften des Kerns von Bedeutung. Es ist insbesondere wünschenswert, dass der Dämpfungskoeffizient des Kerns klein ist, damit eine Signalübertragung über große Distanzen, ohne zu großen Verlust an Signalintensität vorgenommen werden kann.
Lichtleiter, umfassend eine Polycarbonat-Faser als Kern, sind bekannt. Nachteilig ist der hohe Dämpfungskoeffizient bekannter Polycarbonatqualitäten.
Lichtleiter auf Basis kunststoffbeschichteter Polycarbonat-Fasern sind bekannt aus:
  • a) EP-A 0 203 327;
  • b) JP-A 84/216 104;
  • c) JP-A 84/216 105;
  • d) JP-A 84/218 404;
  • e) JP-A 86/231 510;
  • f) JP-A 86/240 206;
  • g) JP-A 86/245 110;
  • h) JP-A 86/278 807.
In diesen Veröffentlichungen sind Lichtleiter auf Basis von Polycarbonat-Fasern beschrieben, deren Polycarbonatkern mit bestimmten, Fluor enthaltenden Polymeri­ saten ((a), (e), (f), (h)), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylmeth­ acrylaten, Styrol oder Vinyltoluol und Maleinsäureanhydrid (b), mit bestimmten Mischpolymerisaten auf Methylmethacrylaten, α-Methylstyrol und Maleinsäure­ anhydrid (c), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylmethacrylat, α-Methylstyrol, Styrol und Maleinsäureanhydrid (d) und mit Siliconharzen, Silicon- Acrylat-Harzen, Urethan-Acrylat-Harzen, Polyamiden oder Poly-4-methylpenten-1 (g) überzogen sind.
Diese bislang für die Beschichtung von Polycarbonatfasern vorgeschlagenen Kunststoffe sind nachteilig, weil sie eine unzureichende Wärmeformbeständigkeit (b), (c), (d), eine zu geringe Reißdehnung (b), (c), (d), (g) und/oder eine unzureichen­ de Haftung auf dem Polycarbonat aufweisen (a), (e), (f), (g), (h), für eine Anwendung im technischen Maßstab zu aufwendig herzustellen und damit zu teuer sind ((a), (e), (f), (h)), und/oder zur Bildung von Spannungsrissen im Polycarbonatkern führen (g).
Es ist bekannt, durch UV-Strahlen polymerisierbare Mischungen aus poly- und monofunktionellen Acrylaten oder Methacrylaten für die Beschichtung von als Lichtleiter zu verwendenden Glasfasern einzusetzen (siehe z. B. EP-A 0 125 710, EP-A 0 145 929, EP-A 0 167 199, DE-A 35 22 980).
Diese, für die Beschichtung von Glasfasern entwickelten Gemische, sind für Polycarbonatfasern ungeeignet, da sie zur Bildung von Spannungsrissen im Polycar­ bonatkern führen und außerdem einen zu hohen Brechungsindex aufweisen.
EP-A 0 327 807 offenbart Lichtleiter mit einem Kern aus Polycarbonat und einer Beschichtung aus polymerisierten Acrylaten und/oder Methacrylaten.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, Polycarbonat bereit zu stellen, dessen Dämpfungskoeffizient gering ist, so dass es zur Herstellung hochwertiger Lichtleiter verwendet werden kann.
Weiterhin besteht die erfindungsgemäße Aufgabe darin, Lichtleiter umfassend einen Kern enthaltend das erfindungsgemäße Polycarbonat bereit zu stellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Lichtleiter bereit zu stellen, sowie Transportmittel, enthaltend die erfindungsgemäßen Lichtleiter bereit zu stellen.
Dabei sollen die vorteilhaften Eigenschaften der Polycarbonatfasern, insbesondere die hohe Transparenz, der hohe Brechungsindex, die hohe Wärmeformbeständigkeit, die guten mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die hohe Biegefestigkeit und die hohe Reißfestigkeit sowie das geringe Wasseraufnahmevermögen, nicht beein­ trächtigt werden.
Es wurde nun gefunden, dass die erfindungsgemäßen Aufgaben gelöst werden kön­ nen, mit Polycarbonat, dessen Gehalt an Teilchen, die in Polycarbonat unlöslich sind, ein bestimmtes Maß nicht übersteigt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch Polycarbonat enthaltend weniger als 80 000 Teilchen pro Gramm Polycarbonat an in Polycarbonat unlöslichen Teil­ chen mit einer Größe von 0,3 bis 10 µm, bevorzugt weniger als 45 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 µm und weniger als 30 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,6 bis 1,0 µm und weniger als 3 000 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 µm und weniger als 500 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 µm und weniger als 200 Teilchen/g mit einer Größe von 5,0 bis 10 µm, besonders bevorzugt weniger als 30 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 µm und weniger als 20 000 Teilchen/g mit einer Größe von von 0,6 bis 1,0 µm und weniger als 2 000 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 µm und weniger als 300 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 µm und weniger als 100 Teilchen/g mit einer Größe von 5,0 bis 10 µm, ganz besonders bevorzugt weniger als 25 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 µm und weniger als 10 000 Teilchen/g mit einer Größe von von 0,6 bis 1,0 µm und weniger als 1 500 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 µm und weniger als 50 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 µm und weniger als 20 Teilchen/g mit einer Größe von 5,0 bis 10 µm.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Lichtleiter umfassend einen Kern enthaltend das erfindungsgemäße Polycarbonat.
Bevorzugt sind Lichtleiter, in denen der Kern beschichtet ist.
Besonders bevorzugt sind Lichtleiter, in denen die Beschichtung ein Polymer enthält, das Wiederholungseinheiten enthält, abgeleitet von den Monomeren
  • A) eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (I)
    in der
    m für 2, 3 oder 4 steht,
    D den m-wertigen Rest eines aliphatischen oder aromatischen Kohlen­ wasserstoffs bedeutet,
    R1 Wasserstoff oder Methyl ist,
    Z1, Z2 und Z3 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel, die -N(R)-Gruppe, (in der R Wasserstoff oder unsubstituiertes oder sub­ stituiertes, bevorzugt unsubstituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist) oder einen zweiwertigen Rest der Formel (II)
    stehen, in der
    Z Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R)-Gruppe bedeutet, und
    A ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstitu­ ierter zweiwertiger Rest eines aliphatischen, cycloaliphati­ schen, araliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs ist,
    Z4 für Sauerstoff, den zweiwertigen Rest der Formel (II) oder einen der folgenden zweiwertigen Reste
    A1, A2, A3 und A4 unabhängig voneinander einen unsubstituierten oder sub­ stituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen Rest eines ali­ phatischen, cycloaliphatischen, aromatisch-aliphatischen oder aromati­ schen Kohlenwasserstoffs bedeuten,
    n für Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht,
    p, q und r unabhängig voneinander den Wert Null oder 1 annehmen können und
    l einen solchen Zahlenwert hat, dass das Gewichtsmittel der Molmasse der Verbindung nach Formel (I) 450 bis 5000 beträgt, und
  • B) eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (III)
    in der
    R2 Wasserstoff oder Methyl ist,
    A5 einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet,
    Z5 und Z6 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R')- Gruppen stehen, in der R' H oder unsubstituiertes oder substituiertes, bevorzugt unsubstituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist, und
    R3 ein gegebenenfalls substituierter Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aral­ kyl-Rest ist.
Ganz besonders bevorzugt sind unter den genannten Lichtleitern solche, bei denen A1, A2, A3, A4 und A unabhängig voneinander für einen unsubstituierten oder sub­ stituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen aliphatischen oder cycloalipha­ tischen Kohlenwasserstoffrest stehen.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt sind unter den genannten Lichtleitern solche, bei denen
p und q den Wert 1 haben,
Z2 und Z3 Sauerstoff bedeuten,
Z1 für Sauerstoff oder die Gruppe
steht, in der A ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, zweiwertiger Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen C2-C18-Koh­ lenwasserstoffs, vorzugsweise der Rest
ist,
Z4 für Sauerstoff oder die Gruppe
in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, C2-C18-Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs ist,
A1 ein Ethylen- oder Propylen-1,2-Rest ist und
A2, A3 und A4 unabhängig voneinander unsubstituierte oder substituierte, bevorzugt unsubstituierte, zweiwertige Reste, vorzugsweise C2-C8-Reste, aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe sind.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt unter den genannten Lichtleitern sind diejenigen, bei denen in Formel (III)
A5 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, C2-C6- Alkylen-Rest ist,
Z5 und Z6 unabhängig voneinander für Sauerstoff oder die -NH-Gruppe stehen und
R3 ein C1-C18-Alkylrest ist.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt unter den genannten Lichtleitern sind diejenigen, bei denen in Formel (III)
R3 für einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, C1-C5-Alkylrest,
A5 für einen Ethylenrest und
Z5 für Sauerstoff und Z6 für die -NH-Gruppe stehen.
Es ist bevorzugt, dass bei den genannten beschichteten Lichtleitern der Anteil der Wiederholungseinheiten abgeleitet von den unter A) genannten Monomeren in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und wobei die Summe der Anteile der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den unter A) und unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 Gew.-%, beträgt.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lichtleiter durch Beschichten des Kerns des Lichtleiters mit einer Zusammensetzung enthaltend die Monomere A) und B) und einen oder mehrere verschiedene Fotoinitiatoren, wobei die Zusammensetzung auf dem Kern durch UV-Strahlen polymerisiert wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Anteil des Fotoinitiators an der Zusam­ mensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Lichtleiter erhältich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtleiter in Transportmitteln.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Transportmittel enthaltend den erfindungsgemäßen Lichtleiter.
Die Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, haben zahlreiche Vorteile. Die vorteilhaften Eigenschaften der Poly­ carbonatfasern, wie sie bereits genannt wurden, werden nicht beeinträchtigt. Sie werden durch die erfindungsgemäße Beschichtung in den erfindungsgemäßen Lichtleitern sogar noch verstärkt. Die optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polycarbonate, sowie der erfindungsgemäßen Lichtleiter, sind sehr gut. Das erfindungsgemäße Polycarbonat hat einen niedrigeren Dämpfungskoeffizienten.
Die Härtungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungen ist sehr hoch, wodurch eine vorteilhafte Herstellung möglich wird.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen gewährleisten, dass es zu keiner Spannungs­ rissbildung in der Polycarbonatfaser kommt.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtleiter in Transportmitteln ist vorteil­ haft, weil die erfindungsgemäßen Lichtleiter gegenüber bekannten Lichtleitern, bei­ spielsweise solchen aus Glas, eine Gewichtsreduktion ermöglichen. Außerdem haben sie vorteilhafte mechanischen Eigenschaften, insbesondere sind die erfindungsgemä­ ßen Lichtleiter im Vergleich zu Lichtleitern aus Glas unzerbrechlich. Außerdem ermöglichen die erfindungsgemäßen Lichtleiter eine wesentlich vereinfachte Handhabung und eine bessere Verbindungstechnik. In Automobilen sind zur Signal­ übertragung Kupferkabel üblich, gegenüber denen eine deutliche Gewichtsreduktion möglich ist.
Transportmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Automobile, Schienenfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge.
Die Monomere für die erfindungsgemäßen Beschichtungen sind bekannt oder lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen. Teilweise sind sie im Handel erhältlich.
Für D seien als vierwertige Reste aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise die vierwertigen aliphatischen Alkohole, wie z. B. Pentaerythrit, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D seien als dreiwertige Reste aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise die aliphatischen Triolen, wie Glycerin, Trimethylolethan, Trimethy­ lolpropan oder Hexantriol, aromatischen Tricarbonsäuren, wie Benzol-1,2,4-tricar­ bonsäure oder Benzol-1,3,5-tricarbonsäure oder aromatischen Triisocyanaten, wie 2,4,6-Toluylentriisocyanat oder 4,4',4"-Triphenylmethantriisocyanat, zugrundelie­ genden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D, A1, A2, A3, A4 und A5 seien als gegebenenfalls substituierte zweiwertige Reste aliphatischer, cycloaliphatischer, araliphatischer oder aromatischer Kohlen­ wasserstoffe vor allem die aliphatischen Diolen, wie Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6- und 2,5-Hexandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, 2,2,4-Trimethylpentandiol-1,3, 2-Methylpen­ tandiol-2,4 und 2-Ethylhexandiol-1,3 oder cycloaliphatischen Diolen, wie 2,2-Di­ methyl-4,4-dimethyl-cyclobutandiol, 1,2-Cyclopentandiol, 1,3-Cyclopentandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Bishydroxymethylcyclohexan, 2,2-Bis-(4-hydroxy­ cyclohexyl)-propan, 1-Methyl-2,2-bis-(4-hydroxycyclohexyl)-ethan, 2-Methyl-2,4- bis-(4-hydroxycyclohexyl)-pentan und Bis-hydroxymethyl-hexahydro-4,7-methano­ indan, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für A3 seien darüber hinaus noch die aliphatischen Dicarbonsäuren wie Bernstein­ säure, Dimethylmalonsäure, Glutarsäure, Methylbernsteinsäure, Adipinsäure, Dime­ thylbernsteinsäure, Pimellinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Decandi­ carbonsäure oder Dimerfettsäure oder cycloaliphatischen Dicarbonsäuren wie 1,2-, 1,3-, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, und aromatischen Carbonsäuren wie Terephthal­ säure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalin-1,2-, -1,4-, -1,5-, -1,8-dicarbonsäure, 5-Methylisophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure und Hexahydroendomethylentetra­ hydrophthalsäure, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für A seien als gegebenenfalls substituierte, zweiwertige aliphatische, cycloalipha­ tische, araliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffreste vor allem die alipha­ tischen Diisocyanaten, wie Hexamethylendiisocyanat oder Trimethylhexamethylen­ diisocyanat-1,6, cycloaliphatischen Diisocyanate, wie Cyclohexan-1,4-diisocyanat, Cyclopentan-1,3-diisocyanat, Methylen-bis-(4,4'-cyclohexyl)-diisocyanat und 1-Iso­ cyanatomethyl-5-isocyanato-1,3,3-trimethylcyclohexan, und aromatischen Diisocya­ naten wie 2,4- und 2,6-Toluylen-diisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandi­ isocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenyletherdiisocyanat, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für R3 seien als gegebenenfalls substituierte Alkylreste C1-C18-Alkylreste wie der Methyl-, Ethyl-, Propyl-, n-Butyl-, sec.-Butyl, i-Propyl-, tert.-Butyl-, i-Butyl-, Pen­ tyl-, i-Pentyl-, Neopentyl-, Heptyl-, n-Hexyl-, 2-Ethyl-hexyl-, Nonyl-, Decyl-, Cetyl-, Dodecyl- und Stearylrest, als cycloaliphatische Reste gegebenenfalls durch Methyl­ gruppen substituierte Cyclopentyl- und Cyclohexylreste genannt. Als araliphatische Reste kommen vor allen Dingen der Benzylrest und durch Methyl- und niedere Alkoxygruppen substituierte Benzylreste in Betracht.
Bei den Verbindungen der Formel (I) (polyfunktionelle Acrylsäurederivate oder Methacrylsäurederivate) handelt es sich um Ether-, Ester-, Urethan- und/oder Harnstoff-Gruppen enthaltende Verbindungen. Vorzugsweise sind es mit Acrylsäure­ derivaten oder Methacrylsäurederivaten umgesetzte Polyether und/oder Polyester- Polyole.
Bei Verbindungen der der Formel (III) (monofunktionelle Acrylate oder Meth­ acrylate) handelt es sich um mit Acrylsäureester oder Methacrylsäureester, die zusätzlich eine Ester-, Urethan- und/oder Harnstoffgruppe aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonate können übliche Additive enthalten.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können weitere Bestandteile enthalten. Beispiels­ weise können sie haftungsfördernde Zwischenschichten enthalten. Beispielsweise können sie schützende Mantelschichten enthalten, besonders solche, die flexibel, aber resistent gegen wässrige Lösungen sowie Mineralöle und Treibstoffe sind, wie z. B. thermoplastische Polyurethane und Kautschuke.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können übliche Additive enthalten.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können zusätzlich zu den Komponenten A und B übliche Zusatzstoffe wie z. B. Lösungsmittel, die gegen Polycarbonate inert sind, Polymerisationsinhibitoren, Antioxidantien usw. enthalten.
Fotoinitiatoren sind bekannt und handelsüblich. Als Fotoinitiatoren seien z. B. genannt: Benzoin, Benzoinether, Benzyl, Benzylketale, Benzophenon, Thioxanthon und deren Derivate z. B. Benzylmethylketal und 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl­ propan-1-on.
Polycarbonate und die gängigen Verfahren zu ihrer Herstellung sind z. B. in "Chemistry and Physics of Polycarbonates" Polymer Rev. Vol. 9, Interscience Publishers beschrieben. Sie können gegebenenfalls unter Zusatz bekannter Ketten­ abbrecher (siehe z. B. EP-A 0 010 602, DE-A 31 43 252). Verzweiger wie Trisphe­ nolen und/oder Isatinbiskresol(phenol) (siehe z. B. DE-A 15 70 533, DE-A 15 95 762, DE-A 25 00 092), Stabilisatoren wie Phosphanen und/oder Phosphiten (siehe z. B. EP-A 0 143 906, DE-A 21 40 207) und Entformungsmitteln (siehe z. B. DE-A 25 07 748, DE-A 27 29 485 und DE-A 20 64 095) hergestellt werden. Die Aufarbei­ tung der Polycarbonate wird bevorzugt in bekannter Weise durch Fällen, Sprühver­ dampfen oder Extrusion vorgenommen. Die relative Viskosität einer 0,5%igen Lösung des Polycarbonates in Methylenchlorid liegt bei 25°C bevorzugt zwischen 1,18 und 1,32.
Besonders bevorzugte Polycarbonate sind das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A, das Homopolycarbonat auf Basis von 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan, das Homopolycarbonat auf Basis eines der folgenden Bisphenole
und die Copolycarbonate aus Kombinationen aus den genannten Bisphenolen, insbesondere das Copolycarbonat auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
Ganz besonders bevorzugt ist das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A.
Das Polycarbonat hat bevorzugt einen Schwermetallgehalt von weniger als 5 ppm, besonders weniger als 3 ppm, ganz besonders weniger als 0,5 ppm. Geringe Schwermetallgehalte bewirken eine geringere optische Dämpfung im Lichtleiter.
Das Polycarbonat kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B. nach dem Phasengrenzflächenverfahren aus Bisphenol und Phosgen oder nach dem Schmelze­ umesterungsverfahren aus Kohlensäureester und Bisphenol.
Das erfindungsgemäße Polycarbonat mit geringerem Teilchengehalt wird bevorzugt wie folgt hergestellt. Rohstoffe und Lösungsmittel werden durch Filter, bevorzugt mit Porenweiten von 0,25 bis 15 µm, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 µm, filtriert. Abspinnung, Granulierung und Handhabung des Polycarbonates muß unter sauberen Bedingungen (Reinraum) unter Ausschluß von Staub stattfinden.
Die Viskosität der erfindungsgemäß auf die Polycarbonatfasern aufzubringenden, durch UV-Strahlen polymerisierbaren Zusammensetzungen kann durch die Wahl des Molekulargewichts der Komponenten A und B und/oder durch das Mengenverhältnis der Komponenten A und B in weiten Grenzen variiert und auf die vorgesehenen Abspinngeschwindigkeiten und Spinntemperaturen der Polycarbonat-Fasern einge­ stellt werden. Bevorzugt weisen die erfindungsgemäß zu verwendenden Zusam­ mensetzungen eine Viskosität von 500 bis 10 000 cP bei 25°C auf. Die erfin­ dungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungen können bevorzugt bei Tempe­ raturen von 15 bis 140°C verarbeitet werden.
Verfahrensmäßig kann zunächst der Polycarbonat-Kern des Lichtleiters der Poly­ carbonat-Fasern hergestellt und später mit den erfindungsgemäß aufzubringenden Beschichtungsmaterialien versehen werden. Vorteilhafter ist es jedoch, die Be­ schichtung unmittelbar nach der Herstellung der Polycarbonatfaser vorzunehmen. Die Dicke der erfindungsgemäß auf die Polycarbonatfaser aufzubringenden Beschichtung ist bevorzugt kleiner als 50 µm.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können zu ein- oder mehradrigen Kabeln verar­ beitet werden, indem man die Lichtleiter einzeln für sich oder mehrere zu einem Bündel zusammengefasste Lichtleiter mit weiteren Polymerschichten, z. B. durch Coextrusion, umhüllt. Die Polymerschicht ist dabei bevorzugt ein thermoplastisches Elastomer.
Die Lichtleiter können zu einem Bündel verklebt sein.
Der Durchmesser der Lichtleiter ist bevorzugt zwischen 0,05 mm bis 5 mm, beson­ ders bevorzugt 0,1 mm bis 3 mm, ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 1,5 mm.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können weiterhin als Beleuchtungselemente verwendet werden. Hierzu wird die Oberfläche der Lichtleiter an der gewünschten Stelle beschädigt. Dadurch wird Licht angekoppelt. Alternativ kann das Licht an den gewünschten Ort, der beleuchtet werden soll, geleitet werden. Zum Beispiel können so Armaturen, beispielsweise in elektronischen Geräten wie Radios oder Computer, beleuchtet werden.
Beispiele 1 bis 12 (beschichtete Lichtleiter)
Beispiele 1 bis 9 sind erfindungsgemäß.
Bei den Beispielen 9 bis 12 (Gemischen 9 bis 12) handelt es sich um Vergleichsbei­ spiele (Vergleichsgemische).
Eine erfindungsgemäße Polycarbonatfaser (Durchmesser: 1,0 mm) wurde senkrecht von oben nach unten zentrisch durch ein Gefäß gezogen, welches an seinem Boden eine Düse (Durchmesser: 1,2 mm) besaß. Das Gefäß wurde jeweils mit einem der nachstehend beschriebenen Beschichtungsgemische gefüllt. Durch den zwischen Faden und Düse verbleibenden Ringspalt erfolgte die gleichmäßige Beschichtung der Faser mit dem betreffenden Gemisch.
Unterhalb des Beschichtungsgefäßes befand sich parallel zum Faden eine 20 cm lange Quecksilbermitteldrucklampe (Leistung: 120 W/cm), deren Brennlinie mittels Parabolspiegel auf dem Faden fokussiert war, um eine möglichst hohe Lichtausbeute für die UV-Polymerisation der Beschichtungsgemische zu erhalten.
Nach Passieren einer Umlenkrolle wurde der beschichtete Faden auf eine große Trommel gewickelt, die mittels eines Motorantriebs für das Durchziehen des Fadens durch die Anlage sorgte, wobei die Geschwindigkeit konstant 5 m/min betrug.
Die Dicke der auf den Polycarbonatfaden aufgebrachten Beschichtung betrug in allen Fällen 10 bis 30 µm.
Die erhaltenen, mit UV-polymerisierter Beschichtung versehenen Polycarbonatfasern wurden 1 Monat bei Raumtemperatur gelagert und anschließend auf eine etwaige Schädigung des Polycarbonatkerns, z. B. durch Spannungsrisse, geprüft. In der fol­ genden Tabelle 1 sind die mit den einzelnen Gemischen erhaltenen Ergebnisse sowie die Zusammensetzungen der Gemische zusammengestellt.
Tabelle 1
Anmerkung
Alle Gemische 1 bis 12 enthielten 3 Gew.-Teile des Fotoinitiators 2-Hydroxy- 2-methyl-1-phenylpropan-1-on.
Die maximale Härtungsgeschwindigkeit der einzelnen Gemische wurde in der nach­ stehend beschriebenen vereinfachten Weise an beschichteten Folien bestimmt; die an den Folien erhaltenen Ergebnisse sind jedoch ohne weiteres auf Fasern übertragbar.
Die Gemische wurden mit einer Handrakel auf eine Polycarbonatplatte aufgebracht (Filmdicke: 50 µm). Die beschichteten Polycarbonatplatten wurden auf einem mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter einer UV-Bestrahlungsanlage (UV-Labor­ gerät der Firma U. Steinemann AG; 80 W/cm) hindurchgeführt. Bestimmt wurde die für die Durchhärtung des jeweiligen Gemisches gerade noch zulässige Band­ geschwindigkeit (= maximale Bandgeschwindigkeit [m/min]).
Die in den Gemischen 1 bis 12 als Komponente A verwendeten Umsetzungsprodukte a bis h wurden wie folgt erhalten:
Umsetzungsprodukt a
In einem mit Rührer, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehenen 2 l-Kolben wurden 500 g eines linearen Polyethers (mittleres Molekulargewicht: ca. 1 000; Umsetzungsprodukt von Propandiol-1,2 mit Propylenoxid), 167 g 2-Hydroxyethyl­ acrylat, 0,5 g Desmorapid SO und 0,3 g p-Methoxyphenol vorgelegt. Bei 60 bis 65°C und unter Durchleiten von trockener Luft wurden anschließend 265 g Isophorondi­ isocyanat zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend solange bei 60 bis 65°C gerührt, bis die NCO-Zahl unter 0,1% gesunken war.
Umsetzungsprodukt b
500 g eines OH-Gruppen aufweisenden linearen Polyesters (mittleres Molekular­ gewicht: 1 000; OH-Zahl 112; Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure und Neopen­ tylglykol), 255 g 2-Hydroxyethylacrylat und 350 g Isophorondiisocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt c
500 g unverzweigter, hydroxylgruppenhaltiger Polyester (mittleres Molekular­ gewicht: 2 250); Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure und Butandiol), 300 g 2-Hydroxyethylacrylat und 335 g Isophorondiisocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt d
500 g eines linearen Polypropylenglykols (mittleres Molekulargewicht: 2 000), 250 g 2-Hydroxyethylacrylat und 290 g Isophorondiisocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt e
In einem mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Wasserabscheider verse­ henen 1 l-Kolben wurden 500 g eines hydroxylgruppenhaltigen linearen Polyesters (mittleres Molekulargewicht: 1 000; OH-Zahl 112; Umsetzungsprodukt aus Adipin­ säure und Neopentylglykol), 40 g Acrylsäure, 2 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p-Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl-hydrochinon und 190 g Toluol vorgelegt und unter Durchleiten von Luft auf Rückflusstemperatur erhitzt. Nach Abspaltung der theoretischen Wassermenge wurde das Toluol im Vakuum abdestilliert.
Das erhaltene Produkt wurde anschließend in einem mit Rührer, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehenen 1 l-Kolben gefüllt und mit 0,1 g Desmorapid SO sowie 0,05 g Di-tert.-butyl-hydrochinon versetzt und auf 60 bis 65°C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden unter Durchleiten von trockener Luft 50 g Isophorondiiso­ cyanat zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend solange bei 60 bis 65°C gerührt, bis die ZCO-Zahl unter 0,1% abgesunken war.
Umsetzungsprodukt f
500 g eines hydroxygruppenaufweisenden linearen Polyethers (mittleres Molekular­ gewicht: 1 000; Umsetzungsprodukt von Propandio-1,2 mit Propylenoxid), 40 g Acrylsäure, 2,7 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p-Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl­ hydrochinon und 190 g Toluol wurden in der für das Umsetzungsprodukt e) beschrie­ benen Weise umgesetzt und nach Abdestillieren des Toluols mit 50 g Isophoron­ diisocyanat ebenfalls wie für Umsetzungsprodukt e) beschrieben, umgesetzt.
Umsetzungsprodukt g
600 g eines linearen hydroxylgruppenhaltigen Polyesters (mittleres Molekularge­ wicht: 2 000; Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure mit Ethylenglykol, Diethy­ lenglykol und Butandiol), 22,7 g Acrylsäure, 3,1 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p- Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl-hydrochinon und 220 g Toluol werden nach der für Umsetzungsprodukt d) beschriebenen Weise umgesetzt und nach Entfernen des Toluols mit 31,6 g Isophorondiisocyanat ebenfalls wie für Umsetzungsprodukt e) beschrieben, umgesetzt.
Umsetzungsprodukt h
500 g eines hydroxygruppenaufweisenden linearen Polyethers (mittleres Molekular­ gewicht: 1 000; Umsetzungsprodukt aus Propandiol-1,2 mit Propylenoxid), 500 g 2-Hydroxyethylacrylat und 590 g Isophorondiisocyanat werden unter den für Umset­ zungsprodukt a) beschriebenen Bedingungen umgesetzt.
Der Dämpfungskoeffizient des Lichtleiters gemäß Beispiel 1 wurde für drei ver­ schiedene Polycarbonate (unterschiedlicher Teilchengehalt) gemessen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Beispiel 13 (erfindungsgemäß; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 µm: 47 200
Teilchen 1,0-2,0 µm: 3 100
Teilchen 2,0-5,0 µm: 160
Teilchen 5,0-10 µm: 40
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 2,3 dB/m
Beispiel 14 (erfindungsgemäß; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 µm: 21 300
Teilchen 1,0-2,0 µm: 2 200
Teilchen 2,0-5,0 µm: 310
Teilchen 5,0-10 µm: 90
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 1,3 dB/m
Beispiel 15 (Vergleich; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 µm: 170 400
Teilchen 1,0-2,0 µm: 21 700
Teilchen 2,0-5,0 µm: 1 700
Teilchen 5,0-10 µm: 400
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 3,2 dB/m
Der Dämpfungskoeffizient wurde nach dem Verfahren gemessen, das in Tanaka et. al., "Fiber and Integrated Optics", Band 7, Seite 139 (1987), beschrieben ist.
Die Messung der Teilchenzahl im Polycarbonat erfolgte mit dem Gerät "Hiac/Royco 346 BCL". Dies ist ein Laserscangerät. Gemessen wurde an einer 2%igen Lösung in Methylenchlorid für die Partikelmessung bis 10 µm und an einer 5%igen Lösung für die Partikelmessung oberhalb von 10 µm. Die Messung erfolgte nach dem Verfahren, das in US-A 5 073 313 und in EP-A 0 379 130 beschrieben ist.

Claims (15)

1. Polycarbonat enthaltend weniger als 80 000 Teilchen pro Gramm Polycarbonat an in Polycarbonat unlöslichen Teilchen mit einer Größe von 0,3 bis 10 µm.
2. Verwendung des Polycarbonats nach Anspruch 1 zur Herstellung von Lichtleitern.
3. Lichtleiter umfassend einen Kern enthaltend das Polycarbonat nach Anspruch 1.
4. Lichtleiter nach Anspruch 3, wobei der Kern beschichtet ist.
5. Lichtleiter nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung ein Polymer enthält, das Wiederholungseinheiten enthält, abgeleitet von den Monomeren
  • A) eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (I)
    in der
    m für 2, 3 oder 4 steht,
    D den m-wertigen Rest eines aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet,
    R1 Wasserstoff oder Methyl ist,
    Z1, Z2 und Z3 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel, die -N(R)-Gruppe, (in der R Wasserstoff oder unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist) oder einen zwei­ wertigen Rest der Formel (II)
    stehen, in der
    Z Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R)-Gruppe bedeutet, und
    A ein unsubstituierter oder substituierter zweiwertiger Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen, aralipha­ tischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs ist,
    Z4 für Sauerstoff, den zweiwertigen Rest der Formel (II) oder einen der folgenden zweiwertigen Reste
    A1, A2, A3 und A4 unabhängig voneinander einen unsubstituierten oder substituierten zweiwertigen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatisch-aliphatischen oder aromati­ schen Kohlenwasserstoffs bedeuten,
    n für Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht,
    p, q und r unabhängig voneinander den Wert Null oder 1 annehmen können und
    l einen solchen Zahlenwert hat, dass das Gewichtsmittel der Molmasse der Verbindung nach Formel (I) 450 bis 5000 beträgt, und
  • B) eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (III)
    in der
    R2 Wasserstoff oder Methyl ist,
    A5 einen unsubstituierten oder substituierten zweiwertigen Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet,
    Z5 und Z6 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R')-Gruppen stehen, in der R 'H oder unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist, und
    R3 ein unsubstituierter oder substituierter Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkyl-Rest ist.
6. Lichtleiter nach Anspruch 5, wobei A1, A2, A3, A4 und A unabhängig voneinander für einen unsubstituierten oder substituierten, zweiwertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest stehen.
7. Lichtleiter nach Anspruch 5, wobei
p und q den Wert 1 haben,
Z2 und Z3 Sauerstoff bedeuten,
Z1 für Sauerstoff oder die Gruppe
steht, in der A ein unsubstituierter oder substituierter, zweiwertiger Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen C2-C18-Kohlen­ wasserstoffs ist,
Z4 für Sauerstoff oder die Gruppe
in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter C2-C18-Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs ist,
A1 ein Ethylen- oder Propylen-1,2-Rest ist und
A2, A3 und A4 unabhängig voneinander unsubstituierte oder substituierte, zweiwertige Reste, vorzugsweise C2-C8-Reste, aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe sind.
8. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in Formel (III)
A5 ein unsubstituierter oder substituierter C2-C6-Alkylen-Rest ist,
Z5 und Z6 unabhängig voneinander für Sauerstoff oder die -NH-Gruppe stehen und
R3 ein C1-C18-Alkylrest ist.
9. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei in Formel (III)
R3 für einen unsubstituierten oder substituierten C1-C5-Alkylrest,
A5 für einen Ethylenrest und
Z5 für Sauerstoff und Z6 für die -NH-Gruppe stehen.
10. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Anteil der Wiederholungseinheiten abgeleitet von den in Anspruch 1 unter A) genannten Monomeren in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den in Anspruch 1 unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und wobei die Summe der Anteile der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den in Anspruch 1 unter A) und unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 50 bis 100 Gew.-% beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung des Lichtleiters nach einem der Ansprüche 3 bis 10, durch Beschichten des Kerns des Lichtleiters mit einer Zusammensetzung enthaltend die Monomere A) und B) und einen oder mehrere verschiedene Fotoinitiatoren, wobei die Zusammensetzung auf dem Kern durch UV- Strahlen polymerisiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anteil des Fotoinitiators an der Zusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
13. Lichtleiter erhältich nach dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12.
14. Verwendung des Lichtleiters nach einem der Ansprüche 3 bis 10 oder nach Anspruch 13 in Transportmitteln.
15. Transportmittel enthaltend den Lichtleiter nach einem der Ansprüche 3 bis 10 oder nach Anspruch 13.
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