DE2412565A1

DE2412565A1 - Verfahren zum erzeugen von abriebbestaendigen, anhaftenden ueberzuegen auf optischen kunststofferzeugnissen

Info

Publication number: DE2412565A1
Application number: DE2412565A
Authority: DE
Inventors: Hollis Edward French; Juergen Max Kruse
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1974-09-26
Also published as: IT1005658B; BR7402042D0; AU6665874A; FR2221287B3; US3953115A; JPS49128743A; FR2221287A1

Description

Yerfahren zum Erzeugen von abriebbeständigen, anhaftenden Überzügen auf optischen Kunststofferzeugnissen

Die Erfindung betrifft Überzüge für durchsichtige Kunststoffträger, wie für die Augen bestimmte Erzeugnisse, insbesondere optisch klare, abriebbeständige, anhaftende Überzüge für Augengläser aus Kunststoff, wie sie z.B. aus Polymerisaten des Diäthylenglykol-bis-(allyicarbonats) (CR-39) hergestellt werden.

Augengläser aus Kunststoff erfreuen sich wegen ihrer ausgezeichneten optischen Eigenschaften, Raumbeständigkeit, chemischen Beständigkeit, Stossfestigkeit, ihres leichten Gewichts usw. steigender Beliebtheit. Ein ITachteil von Kunststoffaugengläsern ist aber ihre Kratsempfindlichkeit, besonders im Vergleich zu herkömmlichen Glaslinsen.

Es ist bereits viel Forschungsarbeit geleistet worden, um Überzüge für Kunststofflinsen zu finden, die deren Abriebbeständigkeit (Kratzfestigkeit) verbessern. Jedoch hat sich bis

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heute keiner der bekannten Überzüge als völlig erfolgreich erwiesen, was sich daraus ergibt, dass sie bisher keinen Eingang in die Technik gefunden haben. Dies beruht wahrscheinlich auf den strengen Anforderungen, die an die optischen und mechanischen Eigenschaften solcher Überzüge gestellt werden müssen.

Ein Beispiel für einen Überzug, der zur Lösung dieses Problems bestimmt war, ist in der US-PS 3 637 416 beschrieben. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Überzüge werden durch Beschichten einer Kunststofflinse mit einem Bindemittelfilm, der eine organische Siliciumverbindung enthält, und ausserdem durch Beschichtung mit Kieselsäure oder einem Kieselsäuregel aufgetragen. Das bevorzugte Beschichtungsverfahren ist ein zweistufiges Verfahren; jedoch können beide Überzüge auch gleichzeitig aufgetragen werden. Aber selbst bei dem einstufigen Beschichtungsverfahren wird von einer Kombination einer organischen Siliciumverbindung mit einer Siliciumdioxid oder ein Kieselsäuregel bildenden Verbindung Gebrauch gemacht.

Anderen Lösungen dieses Problems ist die US-PS 3 713 880 gewidmet. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Überzüge enthalten Alkylsilicate, trifunktionelle und/oder bifunktionel-Ie Organosilane und antistatische Zusätze.

Trotz der umfangreichen bisherigen Forschung besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem Verfahren zum Erzeugen von anhaftenden, abriebbeständigen, optisch klaren Überzügen auf für die Augen bestimmten optischen Kunststofferzeugnissen.

Die Erfindung stellt ein solches Verfahren zum Aufbringen eines anhaftenden, optisch klaren, abriebbeständigen Überzuges auf für die Augen bestimmte Kunststoffträger, wie Kunststofflinsen, zur Verfugung. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass man (a) eine teilweise hydrolysierte Lösung eines Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silans, wie Vinyltriäthoxysilan, in einem mit Wasser mischbaren, flüchtigen organischen Lösungs-

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mittel erzeugt, in der das Silan in einer Konzentration von 25 "bis 75 Gewichtsprozent enthalten ist, (Td) die teilweise hydrolysierte Lösung als dünnen, gleichmässigen Überzug auf eine reine Oberfläche des Augenglases aufträgt, (c) den beschichteten Träger in einer Atmosphäre hoher Feuchtigkeit und vorzugsweise bei erhöhter Temperatur hält, bis das Silan praktisch vollständig hydrolysiert ist, und (d) den beschichteten Träger unter Bedingungen niedriger Feuchtigkeit bei einer erhöhten Temperatur unterhalb derjenigen, bei der das Substrat leidet, dehydratisiert, bis sich ein anhaftender, ab-' riebbeständiger Überzug gebildet hat.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, mit dessen Hilfe abriebbeständige, anhaftende Überzüge auf Träger, wie Augengläser aus Kunststoff, aufgetragen werden können. Zufriedenstellende Überzüge erfordern eine sorgfältige Steuerung von eng umrissenen Parametern sowohl in bezug auf die Zusammensetzung des Beschichtungsmittels als auch in bezug auf das Beschichtungsverfahren.

In der ersten Verfahrensstufe wird eine teilweise hydrolysierte Lösung eines Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silans, die das Silan in Konzentrationen von 25 bis 75 Gewichtsprozent enthält, in einem mit Wasser mischbaren, flüchtigen organischen Lösungs- " mittel hergestellt. Eine bevorzugte Lösung enthält etwa 50 Gewichtsprozent Vinyl triäthoxysilan in Äthanol, wobei das Silan durch Zusatz geringer Mengen einer verdünnten sauren Lösung und ausreichendes, z.B. eintägiges, Stehenlassen der vereinigten Lösungen teilweise hydrolysiert worden, ist.

Ein dünner Überzug aus den vereinigten Lösungen wird gleichmassig auf die Linsenoberfläche aufgetragen, die zuvor äusserst gründlich gereinigt worden ist. Um das Silan vollständig zu hydrolysieren, wird die beschichtete Linse in einer Atmosphäre hoher Feuchtigkeit, z.B. mit einer relativen Feuchtigkeit von 90 $, bei erhöhter Temperatur gehalten. Sodann wird der Überzug bei einer erhöhten Temperatur unter solchen

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Bedingungen dehydratisiert, dass sich ein Überzug mit den erforderlichen Eigenschaften bildet.

Das hier beschriebene Beschichtungsverfahren und die danach beschichteten Linsen bieten gegenüber dem Stand der Technik bedeutende Vorteile. So haben die Überzüge z.B. ein ausgezeichnetes Haftvermögen.an dem Träger und vertragen oft einstündiges Eintauchen in siedendes Wasser oder andererseits die Einwirkung von niedrigen Temperaturen, wie z.B. -40° C. Die Überzüge sind wirtschaftlich und lassen sich leicht auftragen; z.B. können sie durch Tauch- oder Spritzbeschichtung aufgetragen werden. Ein vorteilhaftes Merkmal dieser Überzüge ist ihre Verträglichkeit mit vielen Farbstoffen,' die zum Färben von linsen verwendet werden können, Diese Farbstoffe können zu einem gemeinsamen Lösungsmittel zugesetzt werden, was zu einer bedeutenden Vereinfachung der Färbeverfahren führt. Ein besonders bedeutender Vorteil ist die aussergewöhnliche Zähigkeit, optische Klarheit und Abriebbeständigkeit, die man mit diesen Überzügen erzielt.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es überraschend, dass sich geeignete Überzüge aus Lösungen herstellen lassen, die im wesentlichen aus einem Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silan, wie Vinyltriäthoxysilan, in einem geeigneten Lösungsmittel bestehen. Man hätte vermuten sollen, dass Tetraäthoxysilane bessere Überzüge liefern würden; dies ist aber, wie die nachstehenden Beispiele zeigen, nicht der Fall. Ferner scheint man bisher angenommen zu haben, dass als zweiter Bestandteil Kieselsäuregele oder Tetraäthoxysilane in bedeutenden Mengen in abriebbeständigen Überzügen für Kunststofftrager enthalten sein müssen. - . ,

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kunststofflinse, die mit einem abriebbeständigen Überzug gemäss der Erfindung beschichtet ist.

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Pig. 2 zeigt photographische Aufnahmen von unbeschichteten und beschichteten Linsen aus CR-39 (d.h. einem Polymerisat des Diäthylenglykol~Ms-(allylcarbonats)), die Abriebbeständigkeitsprüfungen unter gesteuerten Bedingungen unterworfen worden sind.

Die für die Erzeugung der Überzüge geeigneten Silanverbindungen sind Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silane. Zu den niederen AIk-oxygruppen gehören Methoxy, Ä'thoxy und Propoxy, d.h. Alkoxygruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. Die Alkoxygruppen können gleich oder verschieden sein. Wenn die Alkoxygruppen mehr als 3 Kohlenstoffatome enthalten, sind die Silane nicht flüchtig genug oder nicht mischbar genug mit Wasser sowie zu abschirmend an der Si-O-Bindung, was zu einer Störung der Hydrolyse führt.

Geeignete Silane entsprechen der allgemeinen Formel

0
R₁-O-Si-O-R₅

CH=CH₂

in der R., R₂ und R, Cj-Cz-Alkylgruppen bedeuten.

Das Silan wird in einem lösungsmittel in einer Konzentration von etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 50 Gewichtsprozent, gelöst. Diese Konzentrationen beziehen sich auf die ursprüngliche, nicht-hydrolysierte Lösung. Allgemein ist es vorteilhaft, dass nur gerade genügend Lösungsmittel anwesend ist, um eine homogene Phase zu erzeugen, damit man die höchste Konzentration an Beschichtungsmittel!! erzielt, die noch mit einer guten Beschaffenheit des Überzuges vereinbar ist.

Bevorzugte Lösungsmittel sind mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel von niedrigem Molekulargewicht (Cg oder weni-

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ger). Hierher gehören Verbindungen, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Methyläthylketon und Methylisobutylketon. Isopropanol ist wegen seiner Flüchtigkeit, Kosten und leichten Mischbarkeit mit beiden Phasen ein bevorzugtes Lösungsmittel. Bei der Wahl des Lösungsmittels ist zu beachten, dass ein Kompromiss zwischen einerseits der Flüchtigkeit und der Mischbarkeit mit Wasser und andererseits dem Lösevermögen für das Silan geschlossen werden muss.

Gewisse mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel, wie Benzol, können zwar ebenfalls verwendet werden; dann sind jedoch gewisse Einregelungen erforderlich, und deswegen werden solche Lösungsmittel'nicht bevorzugt.

Bevor die Silanlösung auf das Augenglas aufgetragen wird, wird sie teilweise hydrolysiert, um die gewünschte Beschiehtungskonsistenz und die richtigen Härtungsbedingungen zu erzielen. Dies kann erfolgen, indem man zu der Silanlösung eine verdünnte saure Lösung zusetzt, wobei die Säure die Hydrolyse katalysiert. So kann man z.B. auf je 100 Teile Silanlösung etwa 7 bis 30 Teile 0,1n Salzsäure verwenden. Auch andere verdünnte Säuren, wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure usw., können verwendet werden.

An diesem Punkt des Verfahrens soll die Hydrolyse so weit fortgeschritten sein, dass man die gewünschte Beschichtungskonsistenz und Endhärte erzielt. Eine Yiscosität von etwa 25 cP bei der Beschichtungstemperatur (gewöhnlich Raumtemperatur oder 27° C) hat sich als geeignet erwiesen.

Wenn die'Linse beschichtet worden ist, soll der Überzug möglichst schnell "staubtrocken" werden, d.h. einen Grad von Trockenheit erlangen, bei dem kein Staub an der Oberfläche anhaftet. Dies erleichtert das Hantieren der Linse bei der nachiolgenden Verarbeitung.

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Bevor der optische Träger beschichtet wird, muss er äusserst gründlich gereinigt werden. Das Reinigungsverfahren ist nicht so wichtig wie das Ergebnis. Einige lösungsmittel, die zum Reinigen verwendet werden können, sind Aceton und verschiedene andere Ketone« Man kann die Reinigung auch in der Flamme vornehmen. Die bevorzugte Reinigungsmethode besteht darin, dass man die Linse in ein sauerstoffhaltiges Plasma, wie ein Helium-Sauerstoffplasma, von niedriger Temperatur einbringt. Wenn die Linsenoberfläche allerdings schon vorher vollständig rein war, wie es bei fabrikneuen Linsen der Pail sein kann, die in einer reinen Umgebung gehalten worden sind, kann das Reinigen überflüssig sein.

Die Träger können mit der vorhydrolysierten Lösung nach herkömmlichen Verfahren, wie Drehbeschichtung, Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung usw., beschichtet werden. Die Überzugsdicke kann in nassem Zustande etwa 0,5 "bis 8 μ betragen und beträgt vorzugsweise etwa 3 his 6 μ. In trockenem Zustande haben die ■ überzüge vorzugsweise Dicken von etwa 1,5 "bis 3 μ. I¹Ur die meisten optischen Erzeugnisse, insbesondere für Augengläser, ist es wichtig, einen ebenen, gleichmässigen überzug herzustellen.

Die beschichteten Erzeugnisse werden dann in einer Atmosphäre von hoher" Feuchtigkeit, z.B. von einer relativen Feuchte von 70 ia oder mehr, bei Temperaturen im Bereich von etwa 25 bis 80 C weiter hydrolysiert. Bei Temperaturen unter etwa 25° C benötigt man viel längere Zeiten, während man bei Temperaturen über etwa 80° C Überzüge mit schlechteren physikalischen Eigenschaften einschliesslich einer schlechteren Abriebbeständigkeit erhält. Die Reaktionsdauer in der Atmosphäre von hoher Feuchtigkeit richtet sich nach der Temperatur, der Dicke, den Überzugsbestandteilen, dem Grad der relativen Feuchtigkeit usw. Bei 40 C hat sich bei einer Anfangsdicke des Überzuges von 2 bis 3 μ eine Zeitdauer -von etwa 24 bis 30 Minuten als geeignet erwiesen. Der bevorzugte Temperaturbereich beträgt

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etwa 30 Ms 50° C, weil sich "bei diesen Temperaturen Überzüge von ausgezeichneter Abriebbeständigkeit in verhältnismässig kurzen Zeiträumen bilden. Es wird angenommen, dass am Ende dieser Hydrolysebehandlung der überwiegende Teil der Si-O-K-Bindungen das Si-G-H-Stadium erreicht oder durchschritten hat.

Der Träger mit dem daraufbefindlichen hydrolysierten Überzug wird nun bei erhöhter Temperatur in einer Atmosphäre von geringer Feuchtigkeit dehydratisiert, um ein siliciumdioxidartiges Netz von Si-0-Si-Bindungen zu erzeugen. Hierbei arbeitet man vorzugsweise bei relativen Feuchten unter 10 $; besonders bevorzugt werden relative Feuchten von weniger als 1 $, wie sie oft in Trockenofen herrschen. Die untere Temperaturgrenze wird durch die praktischen Härtungszeiten bestimmt, während die obere Teraperaturgrenze durch die Wärmebeständigkeit des Kunststoffträgers bestimmt wird. Bei Linsen aus CR-39-Polymerisat haben sich Temperaturen von etwa 70 bis 100° C und Behandlungszeiten von etwa 2 bis 200 Stunden als geeignet erwiesen. "Vorzugsweise arbeitet man bei Temperaturen von 80 bis 100° C, in welchen Falle die Dehydratisierung normalerweise 5 bis 8 Stunden dauert. Oberhalb 100 C werden Linsen aus CE-39-Polymerisat gelb. Andere Trägersubstanzen vertragen jedoch höhere Temperaturen. Polycarbonate werden z.B. vorzugsweise bei etwa 100 bis 120° C dehydratisiert. Bei dieser Dehydratisierung bildet sich zunächst die Oberflächenhärte und erst dann die Haftfestigkeit an der Kunststofflinse aus.

Um die Härtung der teilweise hydrolysierten Überzüge zu beschleunigen, setzt man gewöhnlich, wenn auch nicht notwendigerweise, Härtungskatalysatoren zu. Geeignete Katalysatoren sind Amino-(Cj- bis Cg-alkyl)-tri-(Cj- bis C.,-alkoxy)-silane, wie Aminopropyltriäthoxysilan und lT-(ß-Aminoäthyl)-y-aniinopropyltrimethoxysilan. Es ist anzunehmen, dass sich auch andere Amine als Katalysatoren eignen. Der Katalysator v/ird in Mengen von etwa 1 "bis 20 Gewichtsteilen auf je 100 Gewichtsteile des Überzuges angewandt. Bei Mengen von mehr als 20 Ge-

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wichtsteilen vermindert sich die Abriebbeständigkeit, während Mengen von weniger als 1 Gewichtsteil die Härtungszeit nicht wesentlich verkürzen. Die hier angegebenen Härtungszeiten beziehen sich auf die Härtung in Gegenwart von Katalysatoren.

Ein weiterer Bestandteil, den man gegebenenfalls zusetzen kann, ist ein in dem Lösungsmittel löslicher Farbstoff. Der Zusatz von Farbstoffen zu den hier beschriebenen Beschichtungslösungen kann von besonderem Yorteil sein, da viele Farbstoffe in denselben Lösungsmitteln löslich sind, die auch für die Silane verwendet werden, und ausserdem mit den teilweise umgesetzten Silanen chemisch verträglich sind. Dies ist von grossem Vorteil bei der Herstellung von getönten Linsen, da sich die Farbstoffe gleichmässig in den BescMchtungslösungen verteilen lassen. Beispiele für solche Farbstoffe sind:

DuPont Luxal Fast Yellow T

DuPont Luxal Fast Blue MBSN

BASF Spirit Soluble Fast Blue H&L

Sandoz Acetosol Blue GLS

Ciba Orasol Red B

Ciba Orasol Red 2B

Ciba Orasol Yellow GU

Ciba Orasol Black CU.

Ein anderer Zusatz, den man gegebenenfalls hinzufügen kann, besteht aus einem oder mehreren verträglichen Sgalisierungsmitteln. Diese können in sehr geringen Konzentrationen zugesetzt werden, um den überzügen die besten Eigenschaften zu verleihen.

Geeignete Werkstoffe für optische Linsen sind Homopolymerisate und Copolymerisate von Diäthylenglykol-bis-(allylcarbonat) (welches von der PPG Industries unter der Bezeichnung "CR-39" in den Handel gebracht wird) oder andere, für optische Linsen verwendete Polymerisate, wie "¹TROGAiIID Uylon" (Dynamite Hobel), Acrylharze, "QSMA"-Harze (American Cyanaraid), Polycarbonate usw.

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Obwohl das Hauptgewicht auf durchsichtigen Trägern für Augengläser liegt, können nach den erfindungsgemässen Verfahren und mit den beschriebenen BeSchichtungsmitteln auch andere Träger beschichtet werden. So kann man Träger, wie Glas, Asbest, Talkum, Fasern, Holz usw., beschichten, um ihre Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern. Dabei kann eine gewisse Vorbehandlung erforderlich sein, die jedoch vom Fachmann durch Routineversuche leicht ermittelt werden kann.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Augenglas 2, wie eine Brillenlinse, mit einer Schicht 4 auf der konvexen Seite und einer Schicht 6 auf der konkaven Seite. Beide Schichten 4 und 6 sind anhaftend und optisch klar und haben eine höhere Abriebbeständigkeit als die Linse 2. Die Schichten 4 und 6 werden auf die Linse 2 nach den beschriebenen Verfahren aufgetragen. Obwohl die Linse 2 stark gekrümmte konvexe und konkave Oberflächen hat, haften die Schichten 4 und 6 an der Linse an und sind abriebbeständig.

Die Abriebbeständigkeit kann bestimmt werden, indem man über die Linse mit 1/O-Stahlwolle, die mit einem bestimmten Gewicht belastet ist, in Strichlängen von 25,4 mm hinwegreibt.

Der Vorteil der durch die hier beschriebenen Überzüge bedingten Abriebbeständigkeit ergibt sich aus Fig. 2. Alle in Fig. dargestellten Linsen sind, wie oben beschrieben, geprüft worden. Die Linsen wurden bei Beleuchtung mit rotem Laserlicht mit einer Polaroid-Kamera aufgenommen. In allen Fällen wurden die Linsen nach Durchführung von 25 Prüftakten mit Stahlwolle unter Anwendung des angegebenen Gewichts bewertet.

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Beispiel 1

Eine teilweise hydrolysier te lösung von Vinyl tr i ätlioxysilan wird hergestellt, indem man 6,8 g Yinyltriäthoxysilan (A-151" der Union Carbide) in 6,9 g Äthanol und 2,25 g 0,1n Salzsäure löst. Man lässt die Lösung einen Tag bei Raumtemperatur in einer mit Stopfen verschlossenen Flasche stehen. Sodann wird die lösung auf eine klare Brillenglaslinse aus polymerisiertem CR-39 als gleichmässiger Überzug von 4 μ Dicke aufgetragen. Man lässt das Lösungsmittel an der Luft verdampfen, worauf man beobachtet, dass die Lösung nicht "staubtrocken" geworden ist. Die beschichtete Linse wird in einen Ofen von 100° G eingebracht. Nach 2 Tagen ist der Überzug immer noch nicht "staubtrocken". ITach 10-tägiger Verweilzeit in dem Ofen erweist sich der Überzug bei erneuter Prüfung als trocken, hart und von ausgezeichneter Kratzfestigkeit gegenüber OOOO-Stahlwolle.

Eine unbeschichtete Linse aus CR-39-Polymerisat ist nach nur wenigen Reibtakten mit OOOO-Stahlwolle unter einem von Hand ausgeübten starken Druck stark angekratzt. Die beschichtete Linse hält mehr als 100 Reibtakte aus, bevor ein starker Schaden sichtbar ist; nach 50 Reibtakten ist noch keine Beschädigung erkennbar.

Obwohl der so erzeugte Überzug anhaftend und kratzfest ist, muss die Härtung innerhalb einer so langen Zeit und bei einer so hohen Temperatur durchgeführt werden, dass die optische Beschaffenheit des Trägers darunter leidet, indem dieser sehr stark gelb wird und Sprünge und Risse entwickelt. Der Überzug ist zwar durchsichtig, hat aber ebenfalls eine gelbe Farbe angenommen.

Bei s ρ i el 2

Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit einer Lösung von 8,4 g Amyltriäthoxysilan, 6,9 g Ithanol und 2,25 g 0,1n SaIz-

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säure. Selbst nach. 10 Tagen im Ofen bei 100° C hat der erzeugte Überzug keine gute Abriebbeständigkeit.

Beispiel 3

Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit einer Lösung von 8,6 g Phenyltriäthoxysilan ("A-153" der Union Garbide), 6,9 g Äthanol und 2,25 g 0,1n Salzsäure. Nach 10-tägiger Verweilzeit im Ofen bei 100° C hat der Überzug immer noch keine gute Abriebbeständigkeit.

Beispiel 4

Man stellt die in Beispiel 1 angegebene lösung her. Ferner stellt man eine zweite Lösung aus den folgenden Bestandteilen her:

100 g Tetraäthylorthosilicat 69,5 g Äthanol
22,5 g 0,1η Salzsäure.

Nach eintägigem Stehenlassen setzt man 17 Teile der zweiten Lösung zu 70 Teilen der Lösung gemäss Beispiel 1 zu. Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wird ein Überzug auf eine reine Linse aus CR-39-Polymerisat aufgetragen, wobei festgestellt wird, dass der Überzug schon einige Minuten nach Beginn des Verdampfens des Lösungsmittels "staubtrocken" wird. Die beschichtete Linse wird 18 Stunden bei 95 C gehärtet, aber selbst nach diesem Zeitraum ist ihre Kratzfestigkeit ungenügend. Ferner wird festgestellt, dass dieser Überzug die Prüfung in siedendem Wasser nicht aushält, ohne rissig zu werden.

Beispiel 5

1 Gewichtsteil γ-Aminopropyltriäthoxysilan ("A-1100" der Union Carbide) wird als Katalysator zu 100 Teilen der vereinigten Lösung gemäss Beispiel 4 zugesetzt. Die Härtungszeit des Überzuges wird verkürzt, und die Haltbarkeit nimmt sehr stark ab. Die beschichtete Linse besteht nicht die Prüfung in siedendem Wasser. Die Abriebbeständigkeit ist verbessert.

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Beispiel 6

Man arbeitet nach dem Verfahren und mit der Zusammensetzung gemäss Beispiel 5, wobei man jedoch 3 Gewichtsteile γ-Aminopropyltriäthoxysilän verwendet. Die so erhaltene Lösung gerinnt, bevor sie aufgetragen werden kann.

Beispiel 7

Man arbeitet nach Beispiel 1 und stellt eine teilweise hydrolysierte BeSchichtungslösung aus den folgenden Bestandteilen her:

47,5 g Yinyltrxatlioxysilan

48,3 g Äthanol

15j7 g 0,1n Salzsäure.

Man lässt die Lösung einen Tag bei Raumtemperatur in einem mit Stopfen verschlossenen Erlenmeyer-Kolben stehen. 3u 70 Teilen dieser Lösung werden 10 Teile γ-Aminopropyltriäthoxysilan zugesetzt, und ein ebener Überzug von 4 μ Dicke wird durch Drehbeschiehtung auf eine Linse aus CR-39-Polymerisat aufgetragen, die zuvor in einem Sauerstoffplasma (3 $ Op in He, 1 mm Hg Gesämtdruck, 200 W, 5 Minuten in einem LIE-Plasmaofen) gereinigt worden ist. Die beschichtete Linse wird 1 Stunde bei 90° C und mehr als 90 tfo relativer feuchte hydrolysiert und dann in einer trockenen Atmosphäre bei 90 G dehydratisiert. Die Härtung (Hydrolyse und Dehydratisierung) dauert 8 Stunden, und der dabei entstehende Überzug ist optisch klar und anhaftend und v/eist eine ausgezeichnete Abriebbeständigkeit auf. Hach 10 Minuten langem Eintauchen in siedendes Wasser zeigt die Linse keine Beeinträchtigung. Die in Fig. 2 abgebildeten beschichteten Linsen sind nach dem Verfahren dieses Beispiels hergestellt worden.

Beispiel 8

Der Einfluss des Heinigens wird folgendermassen bestimmt: Ein Beschichtungsmittel, wie es in Beispiel 7 beschrieben ist, wird auf verschiedene Linsen aus CR-39-Polymerisat aufgetra-

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gen, die mit verschiedenen Lösungsmitteln und Reinigüngslösungen gereinigt worden sind. Hur die überzüge auf den mit Aceton gereinigten linsen haben das erforderliche Haftvermögen. Bei diesen Versuchen haben die Überzüge auf den mit Trichloräthylen, Alkoholen und Kohlenwasserstoffen gereinigten linsen sämtlich ein schlechtes Haftvermögen. Dies beruht wahrscheinlich darauf, dass diese Lösungsmittel gewisse Verunreinigungen von der Linsenoberfläche nicht entfernt haben.

An staubfreien Linsen, die mit einem sauerstoffarmen Plasma (3 <fo Sauerstoff in Helium, 1 mm Hg, 5 Minuten, 200 ¥ in einem LMü-Plasmaofen) gereinigt worden sind, haften die überzüge gut an.

Beispiel 9

Man arbeitet nach Beispiel 7, jedoch bei geänderter Härtungszeit. Die Gesamthärtungszeit beträgt 7 Stunden, und man erhält einen Überzug mit zufriedenstellenden optischen und physikalischen Eigenschaften.

B e i spiel 10

Man arbeitet nach Beispiel 9> wobei man jedoch das γ-Aminopropyltriäthoxysilan durch ΪΤ-(ß-Aminoäthyl)-Y-aminopropyltrimethoxysilan ("A-1120" der Union Garbide) ersetzt. Die Eigenschaften der Überzüge sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen der nach Beispiel 9 hergestellten Überzüge.

Beispiel 11

Man arbeitet nach Beispiel 9> jedoch mit Methylisobuty!keton anstelle des Ithanols als gemeinsames Lösungsmittel. Die Ergebnisse sind ähnlich wie diejenigen des Beispiels 9·

Beispiel 12

Man arbeitet nach Beispiel 9, jedoch mit Isopropylalkohol anstelle des Äthanols als gemeinsames Lösungsmittel. Die so er-

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haltenen Überzüge haben praktisch die gleichen Eigenschaften wie diejenigen des Beispiels 9.

Beispiel 13

Man arbeitet nach Beispiel 9, wobei man jedoch den Überzug gleichmässig in einer solchen Stärke aufbringt, dass der trokkene Überzug etwa 0,66 μ dick ist, also ungefähr 1/3 der Dicke des Überzuges gemäss Beispiel 9 hat. Obwohl die Äbriebbeständigkeit dieses Überzuges geringer ist als diejenige von dickeren Überzügen, ist sie besser als diejenige von unbeschichteten linsen aus CR-39-Polymerisat.

Beispiel 14

Eine Lösung, ähnlich derjenigen des Beispiels 7» die jedoch nicht vorhydrolysiert worden ist, wird auf eine Linse aus CR-39-Polymerisat aufgetragen. Hach dem Auftragen trennt sich die Lösung in zwei Phasen. Die wässrige Phase verdunstet und hinterlässt nicht-umgesetztes Silan.

Beispiel 15

Eine Lösung gemäss Beispiel 7 wird vor dem Auftragen ungenügend vorhydrolysiert. Nach dem Zusatz von γ-Aminopropyltriäthoxysilan wird die Lösung aufgetragen. Infolge der Anwesenheit von nicht-umgesetztem Wasser in der Lösung wird das Überzugsmittel hinsichtlich seiner Konsistenz unbrauchbar.

Beispiel 16

Man stellt eine konzentrierte Lösung des Farbstoffs "Orasol Black CH" (Ciba) durch Sättigen der Beschichtungslösung gemäss Beispiel 7 mit überschüssigem Farbstoff (1 bis 2 g je 50 ml) her. Nach dem Filtrieren setzt man 14 Teile γ-Amino-• propyltriäthoxysilan je 100 Teile Lösung zu und beschichtet eine Linse aus CR-39-Poiymerisat nach dem Terfahren des Beispiels 7 mit dieser Lösung. Der fertige Überzug haftet gut an, ist abriebbeständig und hat eine gute graue Tönung von neutraler Dichte. Der Farbstoff ist lichtecht.

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Claims

Itek Corporation 2263 Pat entansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen von abriebbeständigen, anhaftenden Überzügen auf optischen KunststofferZeugnissen, dadurch gekennzeichnet, dass man

a. auf eine reine Oberfläche des optischen Erzeugnisses einen dünnen, gleichmässigen Überzug aus einer teilweise hydrolysierten Lösung eines Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silans in einem mit Y/asser mischbaren, flüchtigen organischen lösungsmittel, in der die Konzentration des Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silans etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent beträgt, aufträgt,

b. das beschichtete Erzeugnis in einer Atmosphäre von honer Feuchtigkeit auf einer Temperatur von etwa 25 bis 80° C hält und

c. das beschichtete Erzeugnis bei erhöhter Temperatur dehydratisiert, bis sich ein anhaftender, abriebbeständiger Belag gebildet hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein optisches Erzeugnis verwendet, welches aus einem aus einem überwiegenden Anteil Diäthylenglykol-bis-(allylcarbonat) erzeugten Polymerisat besteht.

3. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass man als optisches Erzeugnis ein Augenglas verwendet, das aus einem im wesentlichen aus Diäthylenglykol-bis-(allylcarbonat)-einheiten zusammengesetzten Polymerisat besteht.

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4. Verfahren nach. Anspruch 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Silan verwendet, welches im wesentlichen aus Vinyltriäthoxysilan "besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Si-Q-R-Bindungen weiter hydrolysiert, indem man die beschichtete linse etwa 24 "bis 30 Minuten in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von mehr als etwa 70 ft auf einer Temperatur von etwa 30 Ms 50 C hält.

6. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 5» dadurch gekennzeichnet, dass man die "beschichtete Linse in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchte von weniger als etwa 10 fo "bei Temperaturen zwischen etwa 80 und 100° 0 dehydratisiert.

7. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als mit Wasser mischbares Lösungsmittel Äthanol, Isopropanol oder Gemische derselben verwendet..

8. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 7» dadurch gekennzeichnet, dass man den tfberzug auf die Linse in einer Dicke von etwa 3 Ms 6 μ aufträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Linsenoberfläche vor dem Auftragen des Überzuges in einem sauerstoffhaltigen Plasma reinigt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lösung des Vinyl-tri-(nied.alkoxy}-silans bis zu einem solchen Grade teilweise hydrolysiert, dass man eine Lösung mit einer Viscosität von etwa 25 Oentipoise bei Raumtemperatur erhält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung verwendet, die das Silan in einer Konzentration von etwa 50 f£ enthält.

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12. Verfahren nach. Anspruch. 1 "bis 11, dadurch, gekennzeichnet, dass lan eine teilweise hydrolyseerte lösung des Vinyl-tri-(nied.alkoxy)-silans verwendet, die einen Härtungskatalysator in Mengen von etwa 1 bis 20 Gewichtsprozent enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch·gekennzeichnet, dass man als Härtungskatalysator ein C^Cg-Alkyl-tri-CC.-C^- alkoxy)-silan verwendet.

14·. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator Aminopropyltriäthoxysilan verwendet.

15. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator N-(ß-Aminoäthyl)-Y-aminopropyltriraeth.-oxysilan verwendet.

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