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Uberziehen von optischen Elementen Diese Erfindung betrifft neue
und brauchbare, mit hitzehärtbaren Copolymerisaten überzogene optische Elemente
und ein Verfahren zur Herstellung und zum Gebrauch derselben.
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Bei der Technik der Herstellung optischer Elemente (das sind für Photonenenergie
durchlässige feste Körper, wie Linsen, Fenster, Sichtblenden usw.) besteht das übliche
Verfahren darin, zuerst einen festen thermoplastischen Grundkörper aus thermoplastischem
Ausgangsmaterial zu formen und dann diesen festen Grundkörper zu polieren und auf
andere Weise mechanisch zu behandeln, so daß die gewünschten Oberflächen an den
fertigen optischen Elementen erreicht werden.
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Mit dieser Herstellung sind im allgemeinen verschiedene ProLleme verwunden.
Der Grundkörper soll widerstandsfähig gegen Stoß und starr sein, aber er soll riiit
der Fähigkeit veresn ein, gleicht ausgepreßt oder geformt zu werden,
während
die Oberfläche dieser Körper hart se.in sollte und ein starkes Polieren vertragen
sollte, Solche Kombination von Rigenschaften ist insbesondere bei durchsichtigen
organischen plastischen Materialien schwer zu erreichen. Verformungsmerkmale, Auspreßlinien
und andere optische Fehler entstehen an der Oberfläche im allgemeinen während des
Herstellungsverfahrens, während die Oberflächen beim Gebrauch im allgemeinen oberflächlich
abgenutzt werden, indem sie von Korrosionsmaterialien und ähnliche angegriffen werden.
Die vom Standpunkt der Struktur aus am meisten bevorzugten Massen für optische Elemente
sind selten solche, deren optische Oberflächen am besten geeignet sind, um Angriffen
aus der Umgebung zu widerstehen.
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Um solche Nachteile der bisherigen Technik bei optischen Elementen
zu verhindern und um verbesserte überzogene optische Elemente herzustellen, wird
erfindungsgemäß ein optisches Element vorgeschlagen, das aus einem vorgeformten
Grundkörper als durchsichtigem festem Material besteht, das wenigstens eine lichtdurchlässige
Oberfläche mit den oben beschriebenen optimalen Grundeigenschaften aufweist, die
mit einer diinnen Schicht eines durchsichtigen Copolymerisats iiberzogen ist, das
einen Brechungsindex aufweist, der dem des Grundkörpers sehr nahe kommt und das
die vorher beschriebenen optimalen Oberflächeneigenschaften aufweist. Bei dem erhaltenen
überzogenen optischen Element sind nicht nur die oberflächlichen Mängel von derart
überzogenen Oberflächen eines vorgeformten Grundkörpers beseitigt, sondern si.e
haben auch die Fähigkeit erlangt, wenn es benötigt oder gewünscht wird eüie nachfolgende
mechanische Oberflächenveredlung und ein Polierverfahren zu ertragen. Außerdem zeigt
ein derart Überzogenes optisches Element gegen eine Vielzahl äußerer Einflüsse Widerstandsfähigkeit,
z.B. gegen Abrieb, gegen Lösungsmittel, Chemikallen, einschließlich Enzyme, korrodierende
GAse oder Flüssigkeiten und ähnliches.
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Ein Gegenstand dieser Erfindung sind überzogene optische Flernent;t.
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Ein anderer Gegenstand dieser Erfindung sind Mittel zur Ausschaltung
von Mängeln in der Oberfläche überzogener optischer Elemente, insbesondere plastische
Linsenkörper.
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Ein anderer Gegenstand der Erfindung sind Verfahren und Mittel zur
Verbesserung der Oberflächenmerkmale von überzogenen optischen Elementen, einschließlich
der Oberflächenhärte, der Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Angriffen und
Abrieb und ähnlichem.
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Andere und weitere Ziele werden dem Fachmann beim Lesen der vorliegenden
Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen offenbar werden.
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Abb. 1 ist ein senkrechter Querschnitt durch einen Teil des Grundkörpers
oder der Grundkörper-Kunststoff-Linse, das zum Überziehen mit einem Monomerengemisch
in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung gefertigt ist.
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Abb.2 ist ein Querschnitt entsprechend em von Abg.1, b aber die obere
Fläche dieses Grundkörpers mit einer Schnetnt aus copolymerisiertem Material überzogen
ist, wie es abls den Lehren der Erfindung hervorgeht.
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Diese Erfindung'betrifft einen lichtdurchlässigen Gegenstand, insbesondere
einen mit linsenförmiger Oberfläche, bei dem wenigstens eine lichtdurchlässige Oberfläche
des optischen Grundkörpers mit einer Schicht aus durchsichtigem, hitzehärtbarem
organischem Polymerisat überzogen wird, das am Kohlenstoffatom genügend Fluor-Substituenten
enthält, sodaß in dem Polymerisat ein Brechungsindex erzielt wird, der dem der zu
überziehenden Fläche nahekommt.
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Die durchsichtigen Grundkörper, die für die optischen Elemente dieser
Erfindung verwendet werden, können vorgeformt werden und können nach den üblichen
Verfahren hergestellt worden sein, wind £-rd£in hier nicht im Einzelnen beschrieb-n.
Im allgemeinen
können anorganische Gläser oder durchsichtige organische
thermoplastische feste Materialien verwendet werden, um die optischen Grundelemente
dieser Erfindung herzustellen. Die Herstellung von organischen thermoplastischen
Linsen-Grund-Elementen werden z.B. in entsprechenden Büchern beschrieben, z.B. in
Kapitel II von "Babrication and Processing Polymers and Resins" von Golding, veröffentlicht
von D. Van Nostrand, Princeton, N.J., 1959. Viele der im allgemeinen verfügbaren
durchsichtigen thermoplastischen organischen Polymerisate, die für die optischen
Grundelemente geeignet sind, haben charakteristischerweise Brechungsindizes im Bereich
von 1,46 bis 1,50.
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Der Begriff durchsichtig, so wie er hier angewendet wird, bezieht
sich auf eine Masse, die wenigstens 85 ffi des senkrecht auffallenden sichtbaren
Lichtes durch einen optischen Spalt von 0,0025 cm hindurchläßt.
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Der Begriff "Brechungsindex", wie er hier verwendet wird, bezieht
sich auf die übliche Standardmessung des Brechungs-0 indexes bei der D-Linie des
Natriums (annähernd 5890 A) bei einer Temperatur von etwa 200C. Es wird jedoch angenomnien,
daß der Brechungsindex eines optischen Elementes in Abhängigkeit der Frequenz des
auffallenden Lichtes variiert. Zum Zweck der Offenbarung und Erläuterung sei gesagt,
daß eine etwaige Gleichheit z.B. zwischen dem vorgeformten Grundkörper I)1'd dem
hitzehärtbaren, fluorierten Acrylcopolymerisat des Uberzugs erreicht werden kann,
wenn die entsprechenden Brechungsindizes dieses Grundkörpers und des Copolymerisats
bei der D-Linie annähernd übereinstimmen. Im allgemeinen wird es bevorzugt, daß
der Brechungsindex der fluorenthaltenden Polymerschicht oder des Uberzug innerhalb
von 0,02 Einheiten des Brechungsindex des vorgeformten Grundkörpers liegt.
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Der Überzug des Polymerisats auf der Oberfläche des durchsichtigen
optischen Grundelementes wird erhalten, indem das Polymerisat in situ auf der Oberfläche
durch Polymerisation
eines fluorenthaltenden Monomeren entsteht.
Die Behandlung der Oberfläche des Grundkörpers wird vorzugsweise dadurch erreicht,
daß ein einphasiges flüssiges Gemisch, das ein fluorfreies Acryl-Monomeres und ein
fluorhaltiges Acrylmonomer enthält, polymerisiert wird. Das Acrylpolymerisat, das
aus solchem Gemisch auf solcher Oberfläche gebildet wird, soll nicht nur (1) einen
Brechungsindex aufweisen, der demjenigen des optischen Grundelementes sehr ähnlich
ist, sondern soll auch (2) durchsichtig und (3) hitzehärtbar sein. Der Begriff "Acryl",
wie er hier verwendet wird, umfaßt sowohl Acrylatals auch Methacrylatester, monomere
und auch Polymerisate.
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Der gewünschte Brechungsindex der fertigen Polymeroberfläche wird
durch den Anteil und den Grad der Rluorierung des fluorenthaltenden Monomeren in
dem Monomer-Gemisch bestimmt, wie später ausführlich beschrieben wird.
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Lichtdurchlässigkeit wird bei einem Überzug erreicht, indem ein Gemisch
aus solchen Acrylmonomeren verwendet wird, die zur Zeit der Polymerisation flüssig
sind und deren monomere Komponenten gegenseitig ineinander löslich sind (in einer
Phase) und ein solches relatives Reaktionsverhältnis haben, daß eine einzige Phase
eines festen polymeren Produktes entsteht.
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Der gewünschte hitzehärtbare Charakter wird erreicht, indem wenigstens
eines der Monomeren im Gemisch der Monomeren polyfunktionell ist, das z.B. mehr
als eine polymerisationsfähig Gruppe enthält. Solch ein polyfunktionelles Monomeres
kann entweder ein fluor-enthaltendes Acrylmonomeres oder ein fluorfreies Acrylmonomeres
oder beides sein. Das Verhältnis von polyfunktionellem Monomeren im Gemisch hängt
von den hitzehärtbaren Eigenschaften, die im erhaltenen Polyinerisat gewünscht werden,
ab. Gewöhnlich enthält eine geeignete Mischung aus Acrylmonomeren etwa 15 - 90 Mol-O
polyfunktioneller Monomere Es kann davon ausgegangen werden, daß verschiedene Gemische
von fluorfreien Acrylmonomeren und fluor-enthaltenden
Acrylmonomeren
in der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Gewöhnlich
werden bevorzugt solche Monomerengemische benutzt, die bei Raumtemperatur klare
Flüssigkeiten oder niedrig schmelzende Feststoffe darstellen.
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Die in dieser Erfindung verwendeten Acrylmonomeren können in ihrer
bevorzugten Form durch die folgende Formel wiedergegeben werden:
wobei R ein organischer Rest der Wertigkeit n, R' Wasserstoff oder einen niederen
Alkylrest, vorzugsweise Methyl- und n eine ganze Zahl von mindestens t, gewöhnlich
weniger als 5 bedeuten.
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In der Formel (1) kann R ein zweiwertiges mittleres Bindeglied, wie
-SO2-, -O-, -S02NR't-, -CO-, -CONR"- und ähnliches enthalten, wobei R" Wasserstoff
oder eine Alkylgruppe mit weniger als etwa 6 Kohlenstoffatomen bedeutet. Die genaue
Struktur des Acrylmonomeren ist kein wesentlicher Bestandteil dieser Erfindung,
und es kann eine Vielzahl von strukturellen Möglichkeiten für besondere Zwecke verwendet
werden.
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Während entweder in den fluorfreien Acrylmonomeren oder in den fluor-enthaltenden
Acrylmonomeren ein oder zwei Chloratome je Molekül enthalten sein können, ist es
sehr bevorzugt, daß die Acrylmonomeren frei von anderen Halogenatomen (z.B. Chlor,
Brom und Jod) sind.
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In den fluorfreien Acrylmonomeren der Formel (1) ist R vorzttgs weise
ein halogenfreier aliphatischer Rest, der meist ein an zwei Kohlenstoffatome gebundene
Sauerstoffatom in dr Kette enthält. Beispiele für fluorfreie monofunktionelle Acrylmoiomere
sind
Methylacrylat Propylacrylat ß-Propoxypropylacrylat Methyl-methacrylat
Propyl-methacrylat ß-Propoxypropyl-methacrylat und ähnliche. Beispiele für fluorfreie
polyfunktionelle Acrylmonomere sind Xthylen-glykol-dimethacrylat Diäthylen-glykol-dimethacrylat
Diäthylen-glykol-diacrylat Triäthylen-glykol-dimethacrylat Tetraäthylen-glykol-dimethacrylat
Dipropylen-glykol-dimethacrylat Dipropylen-glykol-diacrylat Tetramethylen-glykol-dimethacrylat
Hexamethylen-glykol-dimethacrylat T rimethylolpropan-trimethacrylat Trimethylolpropan-triacrylat
Pentaerythritol-tetramethacrylat und ähnliches.
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In den fluor-enthaltenden Acrylmonomeren der Formel (1) ist R ein
organischer Rest, der Fluor anstelle von Wasserstoff am Kohlenstoffatom enthält
und vorzugsweise ein Rest, der eine endständige Perfluoralkylgruppe mit weniger
als 12 Kohlenstoffatomen enthält. Beispiele für einen monofunktionellen fluoraliphatischen
Rest, die für die Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Acrylmonomere
enthalten, sind: CF3CF2-SO2N(CH3)CH2O2CC(CH3)=CH2 CF3(CF2)7SO2N(C2H5)(CH2)6O2CCH=CH2
CF3(CF2)11SO2NH(CH2)3O2CCH=CH2 CF3-C6F10-(CF2)2SO2N(CH3)CH2CH2OCH(CH3)CH2O2CC(CH3)=CH2
O(CF2CF2)2N(CF2)6SO2N(CH3)CH2CH2O2CC(CH3)=CH2
CF3CH2N(C2F4)2NCF2CF2SO2N(C4H9)(CH2)2O2CCH
= CH2 CF3CF2O(CF2)2CH2O2CCH = CH2 (CF3)2CF(CF2)9CH2O2CC(CH3) = CH2 CF3CF(CF2H) (CF2)5CH2O2CC(CH3)
= CH2 (CF3)2CF(CF2)7CON(C2H5)(CH2)2O2CC(CH3) = CH2 CF3CF2CF2 [OCF(CF3)CF2]2 OCF(CF3)CONH(CH2)4O2CC(CH3)
= CH2 CF3(CF2)10(CH2)9CH2O2CC(CH3) = CH2 CF3(CF2)6CFHCF2CH2O2CC(CH3) = CH2 CF3(CF2)10CON(C2H5)CH2CH2(OCH2CH2)2O2CC(CH3)
= CH2 und ähnliche.
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Beispiele für polyfunktionelle fluoraliphatische Reste, die zur Anwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignete Acrylmonomere enthalten, sind: [-CF2CF2CH2O2CC(CH3)
= CH2 j2
CF3(CF2)7SO2N lCH2CH2o2Cc(cH3) = CH2 ]2 und ähnliche.
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Ein gebräuchliches Verfahren zur Herstellung polymerisierbarer flüssiger
Gemische von Acrylmonomeren besteht im Lösen eines fluor-enthaltenden Acrylmonomeren
in einem fluor-freien Acrylmonomeren.
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Die Polymerisation von Acrylmoromeren, wie sie in der Technik als
gebräuchlich erscheint, wird im allgemeinen durch irgendeine oder eine Vielzahl
von Techniken ausgelöst, einschließlich der Anwendung von Energie, wie Wärme, UV-Licht
oder ähnliches, oder den Zusatz einer kleinen Menge (z.B. im allgemeinen weniger
als 1 Gew.-% des gesamten flüssigen Gemisches
) eines Initiators
in Form eines freien Radikals, z.B.
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ein organisches Peroxid, eine Azoverbindung (z.B. Azo-bisisobutyronitril)
oder ähnlichem, zu der flüssigen Mischung, mit der überzogen werden soll. Bei der
Verwendung von W-Licht ist die Anwendung der üblichen Photosensibilitoren wie z.B.
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Benzoin wünschenswert, um die Wirksamkeit der Polymerisation zu erhöhen.
Ahnlich ist bei der Anwendung von freien Radikalbildnern der Zusatz von Promotern,
wie tertiären Aminen, wünschenswert, um die Polymerisationsgeschwindigkeit bei relativ
niedrigen Temperaturen zu erhöhen.
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Vorzugsweise enthalten derartige Gemische praktisch keine anderen
Bestandteile neben den fluorfreien und fluorenthaltenden Acrylmonomeren, mit Ausnahme
(möglicherweise) von Polymerisations-Initiatoren (in Abhängigkeit davon, wie die
Polymerisation ausgelöst werden soll). Während geeignete Lösungsmittel verwendet
werden können, um z.B. die Viskosität des Monomer-Gemisches zu erhöhen, ist es schwierig
das Lösungsmittel zu entfernen, ohne daß Unregelmäßigkeiten in der Polymerschicht
entstehen, die von solch einem Lösungsmittel enthaltendem Gemisch herrühren; es
wird daher bevorzugt, ohne Anwendung von Lösungsmittel zu überziehen und die gewünschte
Fließfähigkeit oder Verträglichkeit in dem Überzugsgemisch durch Erhöhung der Temperatur
des Gemisches und durch Anwendung eines Polymerisations-Initiators von relativ geringer
Reaktionsfähigkeit, wie z.B. tertiäres Butylhydroperoxid oder ähnliches zu erreichen.
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Wie oben beschrieben ist, kann der Brechungsindex in einem durchsichtigen,
thermoplastischen organischen Polymerisat, das zur Verwendung als Grundelement in
der Erfindung geeignet ist, zwischen 1,46 und 1,50 variieren. Daher wird ein hitzehärtbarer
Überzug auf ein solches Grundelement so gewählt, daß er einen Brechungsindex in
diesem Bereich hat, wobei der genaue Brechungsindex für irgendeinen Überzug von
dem speziellen Grundelement abhängig ist. Das für diese Erfindung geeignete und
besonders das bevorzugte fluor-freie Monomere variiert in
charakteristischer
Weise im Brechungsindex zwischen 1,49 und 1,52. Wenn ein solches fluorfreies Monomeres
polymerisiert wird, nimmt die spezifische Brechung der Masse mit dem Verlust der
Doppelbindungen ab, und die Dichte des Polymerisats wird größer als die Dichte des
Monomeren, das hängt gewöhnlich von der Zunahme des Brechungsindex ab. Obgleich
sich das Maß der Zunahme mit den verwendeten Monomeren ändert, liegt es im allgemeinen
bei 0,02 bis 0,08 Einheiten des Brechungsindex.
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Desgleichen hat das fluor-enthaltende Monomere, das für die Erfindung
geeignet ist, und insbesondere das bevorzugte fluorenthaltende Acrylmonomere, einen
Brechungsindex im Bereich von 1,30 bis 1,42. Wie bei den oben beschriebenen fluorfreien
Monomeren, erhält man bei der Polymerisation von fluorenthaltenden Monomeren ein
Polymerisat mit einem im allgemeinen höheren Brechungsindex, aber in diesem Pall
liegt die Zunahme bei etwa 0,01 bis 0,03 Einheiten. Der genaue Zuwachs des Brechungsindex,
der durch die Polymerisation eines monomeren Gemisches bedingt ist, kann nicht genau
berechnet werden, aber er kann aus der Kenntnis des Brechungsindex von Homopolymeren
Jedes einzelnen Monomeren, das in dem Monomerengemisch verwendet wird, annähernd
abgeschätzt werden. Diese Beziehung wird später noch genauer beschrieben. Im allgemeinen
ist es am besten, bei der Auswahl der Monomeren für ein Gemisch einen solchen Brechungsindex
zu wählen, daß ein Zuwachs von etwa 0,03 Brechungsindex-Einheiten während der nachfolgenden
Polymerisation erlaubt ist.
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Es ist möglich, mit Hilfe eines geeigneten Ausgleichs mit Fluoralkyl-
und fluorfreien Alkyl- oder Alkylengruppen ein Monomeres zu bestimmen, das zu einem
durchsichtigen, festen, hitzehärtbaren Polymeren von jedem gewünschten Brechungsindex
polymerisieren kann. Es würde jedoch viel einfacher und im allgemeinen auch wirtschaftlicher
sein, und würde eine höhere Biegsamkeit erlauben, wenn die Gleichheit des Brechungsindexes
durch einfaches Mischen oder homogenes Vermischen von leicht verfügbaren Monomeren
mit höherem oder niedrigerem Brechungsindex den gewünschten mittleren Brechungsindex
zu erreichen.
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Solch ein Monomerengemisch wird von dieser Erfindung geboten.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß ein bestimmter Grundkörper einen
bestimmten Brechungsindex hat, kann man die folgende angenäherte Beziehung bei der
Herstellung polymerisierbarer Acryl-Monomeren-Gemische verwenden. Die Summe aus
dem Partialvolumen des fluorenthaltenden Monomeren, multipliziert mit dem Brechungsindex
seines Homopolymerisats, und dem Partialvolumen des fluorfreien Acrylmonomeren,
multipliziert mit dem Brechungsindex seines Homopolymerisats, wird so gewählt, daß
sie praktisch den Brechungsindex des vorgeformten Grundkörpers gleich ist. Diese
Beziehung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt (2) X(nFp) + (1-X)(nRp)
= nCp wobei nFp der Brechungsindex des Homopolymerisats aus dem P fluor-enthaltenden
Monomeren ist, X ist sein Partialvolumen in einem Monomeren-Ge der Erfindung, nRp
ist der Brechungsindex des Homopolymerisats aun dem flunrfreien Acrylmopomeren und
nC p ist der Brechungsindex des vorgeformten optischen Grundelementes.
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Wenn in einem Monomerengemisch mehr als zwei Monomere vermischt sind,
wird in Gleichung (2) für jedes weitere Monomere ein entsprechender Ausdruck benötigt.
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Wenn die Basis z.B. ein organisches plastisches Material mit einem
Brechungsindex im Bereich von etwa 1,46 bis 1,50 ist, hat das Acryl-Monomergemisch
einen Brechungsindex im Bereich von 1,42 bis 1,47, wobei der genaue Brechungsindex
für jedes gegebene Gemisch in diesem Bereich so gewählt ist, daß er sich in Übereinstimmung
mit Gleichung (2) befindet, so daß das erhaltene
Polymerisat nach
der Polymerisation des flüssigen Gemisches sich dem des assoziierten darunterliegenden
optischen Grundelementes nähert.
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Polymerisierbare flüssige Monomerengemische, die in dieser Erfindung
verwendet werden, sind besonders ungewöhnlich, da, wie die Fachleute bestätigen
werden, die charakteristischen Monomeren verschiedener Klassen nicht miteinander
mischbar oder ineinander in hinreichendem Maße löslich sind, um ein einheitliches
polymerisierbares flüssiges Gemisch zu ergeben, das nach der Polymerisation ein
hitzehärtbares, durchsichtiges, festes Polymerisat mit dem gewünschten Brechungsindex
ergibt. Gewöhnlich und charakteristisch entsteht bei der Polymerisation von Monomergemischen
ein flockiges trübes Polymerisat, entweder weil das Monomerengemisch unverträgliche
Komponenten enthält oder weil während der Polymerisation die Reaktionsfähigkeit
des einzelnen Monomeren im Gemisch eine solche ist, daß man eigentlich kein einphas4ige3
homogenes Produkt erhalten kann.
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In diesem flüssigen polymerisierbaren Monomerengemisch unter Verwendung
von Monomeren, die die fluoraliphatischen Reste enthalten, ist im allgemeinen mit
steigendem Fluorgehalt der Brechungsindex des assoziierten Monomeren geringer und
desto geringer ist seine Löslichkeit in der ersten Klasse der Ausgangsmaterialien.
Je niedriger jedoch der Brechungsindex rt des fluorenthaltenden Monomeren ist, desto
geringer ist cie Möglichkeit, daraus eine speziell gewünschte Herabsetzung des Breehungsindex
des endgültigen flüssigen polymeren Gemisches zu erreichen.
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Im allgemeinen neigen monofunktionelle Acrylat-Polymere und Copolymere
dazu, sehr widerstandsfähig gegen Stoß, aber selbst relativ weiche Materialien zu
sein, während Methacrylat-Polymerisate und Copolymerisate im Vergleich dazu härter
und brüchiger sind. Für Überzugszwecke, bei denen maximale Widerstandsfähigkeit
gegen Abrieb und Verkratzen erforderlich ist,
oder bei denen mechanisches
Polieren der überzogenen Flächen notwendig ist, werden Methacrylat-Polymerisate
bevorzugt.
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Dementsprechend wird in dieser Erfindung im allgemeinen bevorzugt
entweder ein flüssiges Gemisch aus fluorfreien Acrylatestern mit fluor-enthaltenden
Acrylatestern oder ein flüssiges Gemisch aus fluorfreien Methacrylatestern mit fluorenthaltenden
Methacrylatestern copolymerisiert, weil copolymere Monomere von vergleichbaren relativen
Reaktionsverhältnissen sehr wünschenswert sind.
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Diese polymerisierbaren flüssigen Acryl-Monomergemische werden zunächst
auf die optischen Grundelemente aufgetragen und dann dort polymerisiert, so daß
ein überzogenes optisches Element der Erfindung entsteht. Wenn es wünschenswert
erscheint, einen vorgeformten Grundkörper mit eine solchen polymerisierbaren flussigen
Mischung zu überziehen, kann nach irgendeinem üblichen oder gebräuchlichen Verfahren
vorgega gen werden, wie z.B. Aufsprühen, Eintauchen, mit dem Messer überziehen,
mit einem Vorhang (curtain) überziehen oder ähnliches. Während des Überziehens werden
die flüssige Mischung und das zu überziehende Substrat in einer vorzugsweise sauerstoffreien
Umgebung belassen, um eine Hemmung der Polymerisation der flüssigen Mischung zu
verhindern. Es ist nicht notwendig, daß ein Gemisch im-flüssigen Zustand vorliegt,
außer zu der Zeit, wenn es auf das optische Grundelement aufgetragen wird, so daß
z.B.
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das Überziehen mit einem niedrig schmelzenden festen Gemisch erfolgen
kann, indem bei erhöhter Temperatur gearbeitet wird, solange sich die angewendete
Temperatur unterhalb des Siedepunktes des am niedriger siedenden Monomeren dieses
Gemisches befindet.
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Die Schichtdicke eines solchen flüssigen Gemisches, das auf die Oberfläche
eines vorgeformten zu überziehenden Grundkörpers gebracht wird, kann stark variieren
in Abhängigkeit von dem Aufbringungsverfahren, der Hauheitdes eu uberziehenden Substrates
und den allgemeinen Erfordernissen für die spezielle Anwendung. Die Schichtdicken
der polymerisierten Uberzüge variieren,
aber sie liegen im allgemeinen
und übereinkunftegemäß im Bereich von etwa 0,000025 bis Q,25 cm durchschnittlicher
Stärke, wobei die Stärke bei jedem optischen Element durch die gewünschten Endergebnisse
bestimmt wirdO Die Überzüge können mit Farbe angefärbt werden, wLe die fachleute
für gefärbtes Kunststoffmaterial wissen werden.
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Nachdem das Uberziehen beendet ist und das flüssige Monomerengemisch
zu einem hitzehärtbaren, festen Copolymerisat copolymerisiert ist, kann das erhaltene
Schichtgebilde weiterhin nach den üblichen Schmirgel- und Polierverfahren behandelt
werden.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist ein geeignetes
Substrat oder Linsen-Grundkörper in Abb.1 dargestellt. Es ist zu beachten, daß die
Oberfläche dieses Körpers eine Vielzahl von gnebenheiten aufweist, die nicht nur
durch die Herstellungsverfahren, sondern auch z.B. durch Umgebung faktoren bedingt
sind. Wenn die Oberfläche eines solchen Körpers mit dem hier beschriebenen Copolymerisat
überzogen worden ist, erhält man im üblichen Fall eine äußere Oberfläche, wie sie
in Abb. 2 dargestellt ist. Es ist zu beachten, daß die neue äußere Oberfläche frei
ist von den Unebenheiten, da sich der Überzug der nicht überzogenen äußeren Oberfläche
des Linsen-Grundkörpers von Abb. 1 angepaßt hat.
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Es ist zu beachten, daß die äußere copolymerisierte Oberfläche auffallende
Lichtstrahlen einheitlich bricht, da der Brechungsindex des Copolymerisatüberzuges
dem Brechungsindex der Oberfläche des Grundkörpers angepaßt ist, die Unebenheiten
sind auf optischem Wege beseitigt worden und die Lichtstrahlen werden daher nicht
länger an den Stellen der optischen Uneben heiten im optischen Grundelement gebeugt,
sondern stattdessen nach dei:i Eintritt in die zusammengesetzte StrlAtur an einem
bestimmten Punk-s an. der äußeren Oberfläche der Copolymerschicht gehen sie weiter
durch den optischen Körper hindurch, ohne ihre Richtung zu verändern.
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Außer der Ausschaltung von oberflächlichen Unebenheiten und der Verbesserung
der oberflächlichen Widerstandskraft gegen über Umwelteinflüssen, wie es bereits
beschrieben worden ist, haben die mit Copolymerisat überzogenen optischen Elemente
dieser Erfindung brauchbare und wichtige Reflexionseigenschaften. Weil z.B. der
Brechungsindex dem des Grundkörpers nahe kommt, erfolgt kein Lichtverlust durch
Reflexion an der Grtenzfläche zwischen dem Oopolymerisatüberzug und dem Grundkörper.
Es können natürlich Variationen der Reflexionseigenschaften erreicht werden, durch
Veränderung des copolymeren Uberzugs, einschließlich der Stärke, der Zusammensetzung
usw.
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in bezug auf ein gegebenes Material des Grundkörpers.
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Diese Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert,
jedoch nicht begrenzt: BeisPiel 1 Um eine Polymethylmethacrylat-Linse mit einem
Brechungsindex von etwa 1,49 zu überziehen, wurden die folgenden beiden Monomergemische
hergestellt und unter Verwendung von Gleichung (2) die entsprechenden Mengen jedes
Monomeren bestimmt.
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Gemisch A. 88 Gewichtsteile Tetraäthylenglykol-dimeth£ crylat (Brechungsindex
des Homopolymeren nahezu 1,51; Dichte des Monomeren bei 22°C 1,07) 0,5 Gewichtsteile
Benzoylperoxid (Initiator) Gemisch B. 12 Gewichtsteile 1,1-Dihydroperfluorbutylmethacrylat
(Brechungsindex des Homopolymeren nahezu 1,38; Dichte des Monomeren bei 220C 1,37)
G,5 Gewichtsteile Dimethyl-p-toluidin (Promotor) Die Gemische h und B werden kurz
vor dem Gebrauch zusammengegeben und in einer sauerstoffreien Atmosphäre unter geringem
positivem Druck auf die Polymethylmethacrylat-Linse durch Fließen aufgetragen. Der
Uberzugsfilm wird in der gleichen 3aueruLof'freien Atmosphäre 3 bis 5 Minuten bei
Rallmtemperatur
(250C) belassen; währenddessen erfolgt die Polymerisation,
und es bildet sich darauf ein hitzehärtbarer, durchsichtiger Überzug, dessen Brechungsindex
dem der Linse ähnlich ist.
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Oberflächliche Kratzer auf dem erhaltenen überzogenen optischen Element
werden durch den Überzug optisch beseitigt.
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Die erhaltene überzogene Linse wird dann auf üblichem Wege geschmirgelt
und mit einer handelsüblichen Apparatur zur Glasveredlung poliert, und zwar unter
Verwendung von Aluminiumoxid der Korngröße von 5 Mikron zum Schmirgeln und von Titandioxid
zum Polieren. Die erhaltene Linse zeigt keine oberflächlichen Unregelmäßigkeiten
und ist vollkommen durchsichtig.
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Auf ähnliche Weise werden die Überzüge auf ähnlichen Linsen aus einem
Gemisch aus Tetraäthylenglykol-dimethacrylat mit 1,1-Dihydroperfluorhexyl-methacrylat
und aus einem Gemisch von Athylenglykol-dimethacrylat mit 1 , 1-Dihydroperfluoroctylmethacrylat
hergestellt. Nach dem Schmirgeln und Polieren zu jedem Zeitpunkt zeigen die erhaltenen
Linsen keine oberflächlichen Unregelmäßigkeiten mehr und sind vollkommen durchsichtig.
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Beispiel 2 Um einen Cellulose-acetat-butyrat-Film zu überziehen (Brechungsindex
annähernd ins48), werden die folgenden Gemische unter Anwendung von Gleichung (2)
zur Bestimmung der entsprechenden Mengen jedes Monomeren hergestellt.
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Gemisch A. 79 Gewichtsteile Tetraäthylenglykol-dimethacrylat (Brechungsindex
des Homopolymeren annähernd 1,51; Dichte des ionomeren bei 220C 1,07) 0,5 Gewichtsteile
Benzoylperoxid (Initiator) Gemisch B. 21 Gewichtsteile 1,1-Dihydropertluorbutylmethacrylat
(Brechungsindex des Homopolymeren annähernd 1,38 Dichte des Monomeren bei 220C 1,37)
0,5
Gewichtsteile Dimethyl-p-toluidin (Promotor) Die Gemische A und B werden vermischt
und wie in Beispiel 1 verwendet, um einen Cellulose-acetat-butyrat-Film zu überziehen.
Es bildet sich darauf ein hitzehärtbarer, durchsichtiger Überzug, dessen Brechungsindex
dem des Basisfilms sehr nahe kommt.
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Auf diese Art und Weise sind verschiedene Überzüge in verschiedenen
Stärken von etwa 0,0025 bis 0,05 cm erzeugt worden.
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Die Überzüge haben Brechungsindizes von annähernd 1,49. Die so erzeugten
Überzüge sind alle durchsichtig und hitzehärtbar.
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Der ausgepreßte Cellulose-acetat-butyrat-Film hatte vor dem Überziehen
auf seiner Oberfläche Kratzer vom Auspressen und oberflächliche Mängel. Nach dem
Uberziehen waren die oberflächlichen Unregelmäßigkeiten optisch gelöst, lrmd die
Schichtstruktur ist vollkommen durchsichtig. Die überzogene Oberfläche kann nach
dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren poliert werden.
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Beispiel 3 Um ein durchsichtiges Fenster (blank) aus Cellulose-acetatbutyrat,
dessen Brechungsindex 1,48 beträgt, zu überziehen, wurden die beiden folgenden Mischungen
unter Anwendung der obigen Gleichung (2) zur Bestimmung der entsprechenden Mengen
jedes Monomeren hergestellt: Gemisch A. 73 Gewichtsteile Tetraäthylenglykoldimethacrylat
(Brechungsindex des Homopolymeren annähernd 1,51g Dichte des Monomeren bei 2200
1,07) 0,5 Gewichtsteile Benzoylperoxid (Initiator) Gemisch B. 27 Gewichtsteile N-Äthyl-perfluor-octan-sulfonamido-äthylmethacrylat
(Brechungsindex des Homopolymeren annähernd 1,40g Dichte des Monomeren bei 220C
1,58) 0,5 Gewichtsteile Dimethyl-p-toluidin (Promotor)
Die Gemische
A und B werden kurz vor dem Gebrauch zusammengegeben und in einer sauerstoffreien
-tmosphare unter leichtem positivem Druck auf ein ausgepreßt es Celluloseacetatbutyrat-Fenster
(blank) nach dem Fließverfahren aufgetragen. Da das fluorenthaltende Monomere bei
Raumtemperatur in dem Kohlenwasserstoffmethacrylat schwer löslich ist, wird die
Temperatur des monomeren Gemisches und die Umgebungstemperatur bei mehr als etwa
35 0C gehalten. Nach dem Vermischen wird unmittelbar überzogen. Man erhält einen
durchsichtigen, polierbaren Überzug auf dem Fenster. Oberflächliche Mängel, die
vorher auf dem Sichtfenster waren, waren optisch nicht mehr zu erkennen.
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Patentansprüche: