DE2652764C2

DE2652764C2 - Abriebfeste Oberflächenbeschichtung für optische Elemente und Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung

Info

Publication number: DE2652764C2
Application number: DE2652764A
Authority: DE
Inventors: Harry D. Woodstock Conn. Crandon; Bernard L. Ludlow Mass. Laurin; Don H. Westboro Mass. Rotenberg
Original assignee: AO Inc SOUTHBRIDGE MASS US; Ao Inc Southbridge Mass
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1986-01-30
Also published as: AU2046376A; GB1518740A; DE2652764A1; US4049868A; CA1058027A; FR2337349A1; FR2337349B1; JPS5282433A; AU498263B2; US4120992A

Description

aufgebracht mit Formaldehyd und/oder Zirkonylnitrat vernetzt und anschließend gehärtet wird.

Die Erfindung betrifft eine abriebfeste Oberfiächenbeschichtung für optische Elemente auf der Basis von Polykieselsäureverbindungen und Vinylpolymeren sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung.

Es sind bisher Verfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften und der Kratzfestigkeit fester organischer Polymere, insbesondere durchsichtiger Polymere, bekannt geworden. Die US-PS 24 04 426 und 24 04 357 beschreiben Verfahren fur das Beschichten von Polymeren, insbesondere Methylmethacrylat-Polymeren, unter Verwendung von Ethylsilikat. Danach kann das Ethylsilikat unter Einsatz eines Amins in Kombination mit Feuchtigkeit während des Trocknens, Backens oder bei Ablauf von Alterungsvorgängen vernetzt werden.

Abriebfeste Überzüge sind ebenfalls aus der US-PS 37 00 487 bekannt, worin ein Polykarbonatsubstrat beschrieben wird, das mit einem geringfügig vernetzten Polyvinylalkohol-Überzug beschichtet ist. Aus der US-PS 34 84 157 ist ein abriebfestes, aus Kunststoff bestehendes, durchsichtiges optisches Element bekannt, das einen direkt anhaftenden Überzug aufweist, der aus einem Vinylpolymer besteht, das unter Verwendung eines Dialdehyds vernetzt worden ist.

Ferner ist aus der DE-OS 20 51 832 ein Überzugsmittel für Silikat- und Acrylgläser bekannt, die damit schmutzabweisend ausgerüstet und gegen das Kondensieren von Wasserdampf geschützt werden sollen. Die nach dieser Lehre verwendeten Acrylsilane unterscheiden sich glänzend von den erfindungsgemäß eingesetzten Polykieselsäureestern.

Schließlich ist aus der DE-OS 21 13 734 ein Verfahren zur Herstellung eines kratzfesten Überzugs für Kunststoffflächen bekannt. Dazu wird ein Methyltrialkoxysilan in Lösung auf die betreffende Fläche aufgetragen und ausgehärtet. In dieser Offenlegungsschrift wird lediglich die Aufbringung und Aushärtung eines PoIykieselsäurederivats in allgemeiner Form beschrieben.

Frühere Versuche zur Herstellung eines abriebfesten Überzugs führten nicht zu einem ausreichend abriebfesten Überzug, der aus einer wäßrigen Lösung durch Eintauchen aufgebracht werden kann, bei dem eine erhebliche Überzugsdicke auf den aus organischem Material bestehenden Grundkörper aufgebracht wird. Überzüge nach dem Stand der Technik sind auf relativ dünne Überzüge in einer Stärke von etwa 1 μπι beschränkt gewesen.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, die genannten Nachteile zu überwinden und eine abriebfeste Oberfiächenbeschichtung für optische Elemente auf der Basis von Polykieselsäureverbindungen und Vinylpolymeren zur Verfugung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfiächenbeschichtung aus einem gehärteten Gemisch aus

(a) einem Polykieselsäureester der allgemeinen Formel

Si(OR)₄

worin R einen Rest — (CH₂X₁CH₃, in dem η eine Zahl von O bis 11 bedeutet,
oder einen Rest

-CH

\
(CH₂LCH₃

in dem der Wert von n + m gleich O bis 10 ist, bedeutet,

(b) Polyvinylalkohol oder einem teilweise oder vollständig hydrolisierten Vinylpolymer, welches einen wesentlichen Gehalt an Polyvinylalkohol aufweist, und

(c) Formaldehyd und/oder Zirkonylnitrat als Vernetzungsmittel

besteht.

Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung besitzt eine größere Abriebfestigkeit, u. a. aufgrund der Tatsache daß eine relativ dicke Beschichtung auf dem synthetischen organischen Polymersubstrat ausgebildet wird. Weiterhin vermeiden die erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen die Verfärbung einiger nach dem Stand der Technik hergestellter Beschichtungen, wenn mehrere Schichten auf ein Substrat aufgebracht werden. Die ausgeprägte Gelbfärbung von Beschichtungen nach dem Stand der Technik ist insbesondere bei einem optischen Element nachteilig.

Die erfindungsgemäße Beschichtung kann auf einen Grundkörper in Form eines synthetischen organischen Polymers durch Eintauchen oder durch andere bekannte Verfahren zum Herstellen von Kunststofflinsen aufgebracht werden. Nach dem Überziehen kann man die Linse z. B. an der Luft etwa 15 bis etwa 60 Minuten oder langer trocknen lassen. Anschließend erfolgt ein Backen bei einer Temperatur von etwa 80 bis etwa 140⁰C.

Die erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen ergeben eine verbesserte, abriebfeste, nicht vergilbende Beschichtung, die für das Aufbringen auf Substrate aus organischen synthetischen Polymeren geeignet ist. Die Abriebfestigkeit des überzogenen Polymers kann wesentlich dadurch verbessert werden, daß die Beschichtungsdicke von etwa 1 bis 2 auf etwa 8 μπι erhöht wird, wobei ein hoher Anteil des Polykieselsäureesters gegenüber dem Polyvinylalkohol angewandt wird, sowie als Vernetzungsmittel Formaldehyd, Zirkonylnitrat oder Gemische davon verwendet werden.

Das mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung versehene abriebfeste optische Element weist einen durchsichtigen Grundkörper auf, der in herkömmlicher Weise aus einem herkömmlichen organischen optischen Material gefertigt ist. So kann beispielsweise der Grundkörper ein Linsenelement sein, das nach dem in der US-PS 31 36 000 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Weitere herkömmliche Verfahren zum Herstellen organischer Linsenelemente und dgl., wie Spritzgießen, Wärmeverformung, Gießen usw., lassen sich ebenfalls anwenden. Wenn auch hier Linsenelemente erwähnt sind, so können die optischen Grundkörper doch ebenfalls in Form von Platten- oder Folienmaterial vorliegen. Dazu gehören Materialien, wie sie für den Augenschutz verwendet werden und beispielswtise auch Fenster.

Zu den organischen Materialien, die den durchsichtigen Grundkörper bilden, gehören polymere Cellutaseverbindungen optischer Qualität, wie Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, Celluloseacetatpropionat; Polymere und Copolymere aus Styrol, Methylmethacrylat, Diethylenglykolbisallylcarbonat; Polycarbonate, wie Bisphenol A-Polycarbonat. Es können Copolymere mit bestimmten der obigen Monomeren hergestellt werden, und das gleiche gilt für diese Monomeren und

is Comonomeren, wie Vinylacetat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat und Triallylcyanurat.

Vorzugsweise besteht die Beschichtungslösung aus einer wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol und Formaldehyd; der Formaldehyd liegt mit dem Polyvinylalkohol in einem stöchiometrischen Verhältnis dergestalt vor, daß eine ausreichende Menge an Formaldehyd vorhanden ist, um eine vollständige Umsetzung des Hydroxylgruppenge'iialtes des Polyvinylalkohole zu ermöglichen. Der Formaldehyd wird vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung mit einer Konzentration von etwa 37 Gew.-% zugesetzt Der Polyvinylalkohol kann ein teilweise hydrolisiertes Vinylpolymer, wie Polyvinylacetat aufweisen das einen Hydrolysegrad von etwa 70 bis etwa 90% besitzt, oder es kann sich um ein sogenanntes »vollständig hydrolisiertes« Polyvinylacetat handeln, das einen Polyvinylalkoholgehalt von etwa 90 bis 99% ergibt. Das durchschnittliche Molekulargewicht des Polyvinylalkohol kann etwa 10000 bis 125 000 betragen.

Es wird eine Beschichtungslösung hergestellt, die eine aktive Feststoffkonzentration von etwa 10 bis 30 Gew.-% besitzt. Das Verhältnis von Polyvinylalkohol zu Polykieselsäureester beträgt etwa 1:2 bis 1:5; der pH-Wert wird auf 2,0 bis 3,5 eingestellt.

Im Handel ist als organisches Silikat das Ethylsilikat zu erhalten, das irrt wesentlichen aus Tetraethylorthosilikat besteht. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere Ester der Kieselsäure angewandt werden. Für die Ausbildung der Silikatesteratome können auch andere Alkohole mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen angewandt werden. Die Kieselsäure, aus der der Polykieselsäureester hergestellt wird, weist mit dem Siliziumatom verknüpfte Hydroxylgruppen auf. Die aus der Kieselsäure hergestellten Ester

so werden ihrerseits vor dem Aufbringen auf die erfindungsgemäßen organischen Polymerensubstrate hydrolysiert. Die Polykieselsäureester sind durch folgende Struktur gekennzeichnet:

Si(OR)₄

worin R ein -(CH₂)„CH₃-Rest ist, wobei η einen Wert von 0 bis 11 hat oder ein

(CH₂)„CH₃
-CH -Rest

(CH₂X_nCH₃

ist, wobei sich n + m auf 0 bis 10 beläuft.

Der Polykieselsäureester kann unter Zugabe einer Wassermenge von wenigstens 15 Gew.-% des Este-s

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hydrolisiert werden. So kann ζ. B. Ethylsilikat, das im wesentlichen als Tetraethylorthosilikat vorliegt, dadurch hydrolisiert werden, daß das Produkt einer Lösung aus frisch zubereitetem Polyvinylalkohol bei erhöhter Temperatur zugesetzt wird.

Die erfindungsgemäßen Polyvinylalkohol-Lösungen können als wäßrige Lösungen dadurch hergestellt werden, daß der Polyvinylalkohol der entsprechenden Menge entmineralisiertem siedendem Wasser unter kräftigem Rühren zum Zeitpunkt des Zusatzes des Polyvinylalkonols zugesetzt wird. Das Rühren wird bis zur völligen Auflösung fortgesetzt Es werden Polyvinylalkohollösungen mit Feststoffkonzentrationen von 3 bis 8% hergestellt, so daß sich eine geeignete Viskosität für das Aufbringen auf das polymere Substrat durch Eintauchen ergibt. Die abschließend vorliegende Beschichtungslösung weist eine Viskosität auf, die mit einem Brookfield Viskometer bei 25°C bestimmt wird und etwa 0,75 bis 2,25 dPa · s (75 bis 225 cP> vorzugsweise etwa 1,5 bis 1,75 dPa · s (150 bis 175 cP) beträgt Die Gesamtkonzentration an aktiven Feststoffen in der Beschichtungslösung beträgt etwa 30 Gew.-%.

Dort, wo der Grundkörper aus synthetischem Polymer aus Polycarbonat oder einem Diethylenglycolbisallylcarbonat-Polymer hergestellt ist, sowie die Überzugslösung aus Polyvinylalkohol, hydrolysiertem Tetraethylorthosilikat und Formaldehyd als Vernetzungsmittel besteht, wird der überzogene Grundkörper nach dem teilweisen Trocknen bei Raumtemperatur vorzugsweise unter Härten der Beschichtung bei einer Temperatur bis zu etwa 140⁰C über eine Zeit von etwa 0,5 bis 10 Stunden oder langer erhitzt. Ähnliche Erhitzungsphasen können auch für das Trocknen und Härten anderer, mit einer erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung beschichteter Linsenelemente angewendet werden.

Da die US-PS 34 84 157 lehrt, daß ein veraetzter Polyvinylalkohol, der aus hydrolisiertem Polyvinylacetat hergestellt worden ist unter Zusatz eines Dialdehyd-Vernetzungsnv.ttels, wie Glyoxal, Brenztraubensäure-Aldehyd, 2-Hydroxyaldehyd und Glutaraldehyd vernetzt wird, und weiterhin bekannt ist, daß man Polyvinylalkohol mit Formaldehyd vernetzen kann, ist es insbesondere überraschend, daß eine Beschichtungsmasse, die in Kombination Polyvinylalkohol und einen Polykieselsäureester eines Alkohols enthält nach dem Erhitzen und Vernetzen zu einem praktisch farblosen, durchsichtigen, abriebfesten Film führt. Eine ähnliche Masse, die ein Dialdehyd-Vernetzungsmittel, wie Glyoxal als Ersatz fur Formaldehyd enthält, führt zu einem Film, der sich beim Erhitzen zum Vernetzen und Aus- so bilden eines abriebfesten Films verfärbt. Das unter Verwendung von Glyoxal als Vernetzungsmittel festgestellte Vergilben begrenzt natürlich die Dicke des aufbringbaren abriebfesten Films unter Ausbilden eines handelsmäßig annehmbaren Produktes, und somit wird dementsprechend auch das Ausmaß der Abriebfestigkeit begrenzt. Die Zugabe von Formaldehyd im erfindungsgemäßen Verfahren führt überraschenderweise zu einer Vernetzung, obwohl Formaldehyd allgemein als ein monofunktionelles Vernetzungsmittel betrachtet wird. Man fand heraus, daß das Ausmaß der Vernetzung mit Formaldehyd vollständig ausreichend ist, um die erforderliche Wasserfestigkeit und Dauerhaftigkeit des schützenden, abriebfesten Überzuges auf dem organischen Polymersubstrat zu ergeben. Es hat sich somit als nicht erforderlich erwiesen, einen Dialdehyd für die Vernetzung zwischen benachbarten Molekularketten des polymeren Materials in der Beschichtung anzuwenden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wenigstens eine Seite des Grundkörpers eines Linsenelementes mit der erfindungsgemäßen Beschichtungslösung unter Einsatz eines herkömmlichen Beschichtungsvsrfahrens überzogen und so kann das Linsenelement z. B. durch einfaches Eintauchen in die Beschichtungslösung unter Ausbilden einer einheitlichen Beschichtung überzogen werden, und im Anschluß hieran läßt man die beschichtete Linse teilweise bei Normaltemperatur trocknen. Anschließend wird bei erhöhter Temperatur unter Vernetzen der umsetzungsfahigen Anteile der Beschichtung gebacken, wodurch ein durchsichtiger, vernetzter, abriebfester Überzug auf dem eingesetzten Linsenelement ausgebildet wird.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung kann ebenfalls ein oberflächenaktives Mittel enthalten, um so eine bessere Gleichmäßigkeit der erfindungsgemäßen Beschichtung zu erreichen. Geeignete oberflächenaktive Mittel können nichtionische, kationische und anionische oberflächenaktive Mittel sein. Die Auswahl der oberflächenaktiven Mittel und deren Anwendung als die Oberfläche gleichmäßig gestaltende Mittel ist auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt, so daß der Fachmann leicht die entsprechenden Mittel auswählen kann. Geeignet sind beispielsweise die folgenden oberflächenaktiven Mittel: nichtionische oberflächenaktive Mittel, wie Isooctylphenoxypoiyethoxyethanol, kationische oberflächenaktive Mittel, wie quaternäre Ammoniumverbindungen, z. B. Cetyltrimethylammoniumbromid und anionische oberflächenaktive Mittel, wie Fettsäure, Rosin und Tallölseifen. Daneben können aber auch andere oberflächenaktive Mittel verwendet werden. Da aufgrund dieser Mittel eine größere Einheitlichkeit der Beschichtung erreicht wird, führen diese oberflächenaktiven Mittel in den Überzugslösungen zu einer besseren optischen Klarheit und Durchsichtigkeit in dem getrockneten, abriebfesten Überzug. Dort wo die oberflächenaktiven Mittel in der Beschichtungsmasse nicht angewandt werden, ergeben sich oftmals in der getrockneten Beschichtung Streifenbildungen und andere Mangel

Wahlweise kann die eingespannte Linse zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung in Umdrehung versetzt werden und die Beschichtungslösung auf wenigstens eine Seite der sich drehenden Linse autgebracht werden, wie es dem Fachmann bekannt ist Die beschichtete Linse wird sodann teilweise bei Normaltemperatur getrocknet und etwa 0,5 bis etwa 10 Stunden oder langer auf etwa 80 bis etwa 14O⁰C erhitzt, um so weiterhin ein Trocknen und Vernetzen der abriebfesten Beschichtung zu bewirken.

Um ein ausreichendes Anhaften der abriebfesten Beschichtung an dem Linsenelement zu bewirken, erfolgt zunächst eine Oberflächenbehandlung des Linsenelementes aus einem organischen Polymer. Die Oberflächenbehandlung kann durch Hydroxylierung der Oberfläche des Grundkörpers der Linse vorzugsweise bewerkstelligt werden, daß der Grundkörper einer Behandlung bei etwa 10 bis etwa 40⁰C, vorzugsweise bei Raumtemperatur, unterworfen wird, wobei eine wäßrige Alkalüösung, wie eine Natriumhydroxidoder Kaliumhydroxidlösung verwendet wird. Die Alkali konzentration kann etwa 2 bis etwa 20 Gew.-% und die Behandlungszeit etwa 2 Minuten bis etwa 1 Stunde betragen. Wahlweise können bekannte, das Anhaften fördernde Mittel auf die Polymerlinse zur Haftverbesserung aufgebracht werden. Derartige Produkte sind unter

anderem niedermolekulare Organosilane, wie y-Afninopropyltriethoxysilan, organischen Titanate oder Zirkonate, wie Tetraisopropylorthotitanat, Polyvinylbutyral und Polyamide. Weitere, das Anhaften fördernde Oberflächenbehandlungen sind unter anderem eine s Behandlung mit Chromsäure und eine Strahlungsbehandlung.

Als Alternative fur die weiter oben beschriebenen Bestandteile der Überzugslösung ist lediglich ein Ersatzmittel fur Formaldehyd als Vernetzungsmittel bekannt, das tu einer nicht vergilbenden, abriebfesten Beschichtung auf dem Linsenelement führt. Formaldehyd und Zirkonylnitrat oder Gemische davon sind anderen Mitteln überlegen, weil sie zu dem erforderlichen Ausmaß an Wasserfestigkeit und Feüchtigkeitsfestig- is keit der Beschichtung der Linse fuhren und gleichzeitig eine Beschichtung ergeben, die nach dem Backen bei Temperaturen von etwa 80 bis etwa 140⁰C zum Vernetzen des Überzuges nicht vergilbt. Die Polyvinylalkoholkomponente der erfindungsgemäßen Beschichtungslösung stellt ein teilweise hydrolisiertes Vinylpolymer, wie Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat oder andere PoIyvinylacetate dar. Es können weiterhin Gemische aus teilweise hydrolisiertem Polyvinylburyal, Polyvinylförmal und Polyvinylacetat angewandt werden.

Ein Ersatzmittel für die Pölykieselsäureesterkomponente der Lösung für die erfindungsgemäße Beschichtung ist nicht bekannt. Man fand jedoch heraus, daß Gemische aus dem erfindungsgemäßen Polykieselsäureester mit monomeren oder wahlweise niedermolekulare Polymeren aus organischen Siliziumverbindungen, wie alkylsubstituiertes Silizium, z. B. Dimethyldiethoxysilizium und Monomethyltriethoxysilizium zu einem wirksamen abriebfesten und wasserfesten Überzug dann führen, wenn dieselben an die Stelle der erfindungsgemäßen Polykieselsäureesterkomponente treten.

Die mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen optischen Elemente zeigen eine stark verbesserte Abriebfestigkeit im Vergleich zu den Beschichtungen nach dem Stand der Technik. Das Anwenden eines überwiegenden Anteils an Kieselsäureester in der Beschichtung dürfte zu der verbesserten Abriebfestigkeit führen. Gleichzeitig geht die jedoch nicht auf Kosten der Wasserfestigkeit und der Feuchtigkeitsfestigkeit der erfindungsgemäß beschichteten optischen Elemente. So ist z. B. ein überzogenes Linsenelement, bestehend aus einem Grundkörper aus Poly(diethylenglykolbisallylcarbonat) überzogen mit Polyvinylalkohol, der durch teilweise Hydrolyse von Polyvinylacetat erhalten worden ist, sowie ietraethyiorthosiiifcat und Formaldehyd, die in erfindungsgemäßer Weise aufgebracht worden sind, einem Wischtest unterworfen worden, bei dem ein Filztuch, das mit einem Siliziumcarbid-Abriebmittel getränkt war, mechanisch über die Oberfläche des zu untersuchenden optischen Elementes unter Beaufschlagen einer Kraft von 31,01 g/cm² gerieben wurde. Vor dem Testen und nach 50 Wischvorgängen werden die Lichtbrechungseigenschaften des mit dem Tuch bearbeiteten Abschnittes der Linse mit dem sogenannten Hazemeter gemäß den Testvorschriften ASTM Test D1003-52 geprüft. Das erfindungsgemäß beschichtete Linsenelement mit einer Beschichtungsdicke von etwa 5 μΐη zeigt eine hohe Abriebfestigkeit, wie dies angezeigt wird durch lediglich 0,3% Trübung, die nach 50 Wischvorgängen entwickelt wird. Im Vergleich dazu zeigte das nicht beschichtete Linsenelement einen Trübungswert von 6 bis 7% nach 50 Wischvorgängen. Dies ist einer von mehreren einschlägigen Tests, die angewandt werden können.

Dieser Test zeigt die große Überlegenheit der mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen optischen Elemente bezüglich der Abriebfestigkeit im Vergleich zu den besten bisher bekannten organischen Linsen. Im Vergleich zu den bekannten abriebfesten Beschichtungen nach dem Stand der Technik, wie sie für organische Linsen angewandt worden sind, sind die erfindungsgemäßen Beschichtungen bezüglich Farbe und Abriebfestigkeit überlegen. Die Beschichtungen nach dem Stand der Technik führen bei der Anwendung in einer Beschichtungsdicke von etwa 5 μΐη auf organischen Linsen leicht zu einer Verfärbung während des Härtungsvorganges. Weiterhin sind mehrere aufeinanderfolgende Auftragungsvorgänge für das Aufbringen der Beschichtung erforderlich, um die angestrebte Dicke zu erzielen. Im Gegensatz hierzu kann die Lösung der erfindungsgemäßen Beschichtung auf die organische Polymerlinse in einem einzigen Arbeitsgang aufgebracht werden unter Erzielen der erforderlichen Beschichtungsdicke.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand einer Reihe von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei die Teile als Gewichtsteile zu verstehen sind.

Beispiel 1

In erfindungsgemäßer Weise wird eine abriebfeste Beschichtungslösung hergestellt, indem Tetraethylorthosilikat in eine Polyvinylalkohollösung bei Raumtemperatur eingegeben und hydrolisiert wird. Es wird ein Polyvinylalkohol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 85 000 eingesetzt. Der Polyvinylalkohol kann durch Hydrolisieren von Polyvinylacetat· hergestellt werden. Etwa 70% der Acetatgruppen werden durch Hydroxylgruppen in dem eingesetzten Polyvinylalkohol ersetzt. Der Polyvinylalkohol wird mit entmineralisiertem Wasser bei Raumtemperatur vermischt und durch Erhitzen des Gemisches auf etwa 90⁰C gelöst, wobei das Gemisch kräftig gerührt wird.

Die Beschichtungslösung enthält die folgenden Bestandteile in den angegebenen Mengen:

Bestandteil	Gewichts
	teile
Entmineralisiertes Wasser	50,2
Ethanol	25,1
Polyvinylalkohol	5,0
Tetraethylorthosilikat	17,3
Oberflächenaktives Mittel als ein	0,01
Glättungsmittel
Formaldehyd (37%)	2,50

Die Viskosität der obigen Lösung wird bei 25°C zu 175 mPa - s bestimmt Die Messung wird mit einem Brookßeld-Viskoiheter durchgeführt.

Der pH-Wert des Überzuges nach diesem Beispiel wird auf 3 eingestellt und in Abhängigkeit von den Überzugsbestandteilen kann die Leistungsfähigkeit (Färbung) auch mit anderen Weiten innerhalb des oben angegebenen Bereiches optimal gestaltet werden.

Linsen aus Polyidiethylenglykolbisallyicarbonat) erfahren eine Oberflächenhydrolyse zur Haftverbesserung des späterhin aufzubringenden abriebfesten Über-

zuges an den Linsen. Die Linsen werden dadurch hydrolisiert, daß sie in eine 15% Feststoffe enthaltende Lösung von Natriumhydroxid 15 Minuten lang eingetaucht werden. Die Lösung wird bei 25⁰C gehalten. Anschließend werden die Linsen mit Wasser gespült und getrocknet. Sodann werden die Linsen durch Eintauchen in die oben angegebene Beschichtungslösung überzogen. Die Linsen werden aus der Lösung entfernt, man läßt die Beschichtungslösung von den Linsen abtropfen, so daß sich eine einheitliche Beschichtung auf den Linsen ergibt. Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt bei einer Temperatur von etwa 20-25⁰C; anschließend werden die beschichteten Linsen teilweise bei dieser Temperatur getrocknet und sodann 5 Stunden lang bei 121⁰C gehärtet.

Die beschichteten Linsen werden bewertet und hierbei wird festgestellt, daß eine Beschichtungsdicke von etwa 5 am auf beiden Seiten der Linsen vorliegt. Es erfolgt eine Bewertung der Abriebfestigkeit nach 2000 Wischvorgängen, indem die Trübung nach ASTM D1003 im Vergleich zu einer nicht überzogenen Probe einer Linse aus Poly(diethylenglykolbisallylcarbonat) gemessen wird. Es werden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Überzug

% Trübung

Beispiel 1 (5 μΐη)
Kontrolle (kein Überzug)

2-3
11-14

10

20

25

30

Die nach dem Beispiel 1 hergestellten beschichteten Linsen werden in eine Feuchtigkeitstestkammer gebracht, die bei einer Temperatur von 71,6°C gehalten wird und 95% relative Luftfeuchtigkeit aufweist. Es werden die folgenden Testbedingungen angewandt. Man setzt die Linsen 8 Stunden lang der Einwirkung in der Feuchtigkeitskammer aus, und anschließend werden dieselben 16 Stunden bei Normaltemperatur gehalten. Dies ist ein Testzyklus. Proben, die insgesamt 3 Testzyklen ausgesetzt worden sind, zeigen keinen Verlust des Anhaftens des Überzugs an den überzogenen Linsen.

Der bei diesem Beispiel angewandte Abriebtest unterscheidet sich von dem weiter oben beschriebenen Test, ist jedoch hierzu äquivalent.

Beispiel 2

Eine Polycarbonatlinse kann mit der gleichen, wie in Beispiel 1 beschriebenen, abriebfesten Beschichtung überzogen werden. Statt der Anwendung der Hydrolysebehandlung wird jedoch ein das Anhaften förderndes Mittel aufgebracht, um so eine gute Haftfähigkeit der abriebfesten Beschichtung zu erzielen. Es wird y-Aminopropyltriethoxysilan in Ethanol gelöst und vor dem Aufbringen auf der Linse als Grundierungsmittel hydrolysiert. Nach dem Herstellen der obigen Ethanollösung wird das haftfördernde Mittel durch einfaches Eintauchen aufgebracht Die erfindungsgemäße Beschichtung wird sodann aufgebracht und gemäß der Beschreibung im Beispiel 1 gehärtet

Beispiel 3

Die Beschichtungslösung nach Beispiel 1 wird erneut eingesetzt, wobei an die Stelle des im Beispiel 1 angewandten Formaldehydes 0,8% Zirkonylnitrat tritt Aus

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Diet'iylenglykolbisallylcarbonat bestehende, überzogene Linsen weisen ähnliches Aussehen und Eigenschaften auf, wie diejenigen nach Beispiel 1.

Beispiel 4

Gemäß der Arbeitsweise nach dem Beispiel 1 wird die Beschichtungslösung hergestellt, wobei die folgenden Verbindungen in den angegebenen Prozentsätzen herangezogen werden. Dieses Beispiel dient der Erläuterung des Anwendens von Glyoxal als ein Vernetzungsmittel nach dem Stand der Technik.

If Bestandteil Gew.-%

Wasser
Ethanol

Polyvinylalkohol
Tetraethy lorthosil i kat

Oberflächenaktives Mittel als
Glättungsmittel

Glyoxal

50,2
25,1

5,0
18,8

0,01

1,3

Es wird ein Überzug von etwa 5 μτη auf eine Linse aus Polyidiethylenglykolbisallylcarbonat) aufgebracht und 5 Stunden bei 121°C gehärtet. Die Beschichtung nimmt nach dem Härten eine gelbbraune Verfärbung an. Dies steht im Gegensatz zu den nicht vergilbenden Überzügen, wie sie in der erfindungsgemäßen Weise nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 hergestellt werden.

Die erfindungsgemäßen abriebfesten Beschichtungen weisen eine lange Lebensdauer auf. Die mit den erfindungsgemäßen Beschichtungen versehenen optischen Elemente können in herkömmlicher Weise leicht geschnitten werden oder ihre Kanten können auf jede gewünschte Form gebracht werden, ohne daß eine Neigung der abriebfesten Beschichtungen der Linsen oder Elemente gegeben ist, eine Rißbildung zu zeigen oder abzuplatzen. Die beschichteten Elemente zeigen ebenfalls gute optische Eigenschaften, geringes Gewicht und gute Schlagfestigkeit. Weiterhin sind die mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehenen Elemente relativ billig in der Herstellung.

Claims

Patentansprüche:

1. Abriebfeste Oberfiächenbeschichtung für optische Elemente auf der Basis von Polykieselsäu- s reverbindungen und Vinylpolymeren, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfiächenbeschichtung aus einem gehärteten Gemisch aus

(a) einem Polykieselsäureester der allgemeinen Formel

Si(OR)₄

worin R einen Rest -(CH₂)J₁CH₃, in dem η eine is Zahl von O bis 11 bedeutet, oder einen Rest

(CHj)_nCH₃

/

-CH

(CH₂),, CH₃

in dem der Wert von n + m gleich 0 bis 10 ist, bedeutet,

Polyvinylalkohol oder einem teilweise oder vollständig hydrolisierten Vinylpolymer, welches einen wesentlichen Gehalt an Polyvinylalkohol aufweist, und Formaldehyd und/oder Zirkonylnitrat als Vernetzungsmittel

besteht.

2. Abriebfeste Oberfiächenbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (a) und (b) in einem Verhältnis von 2:1 bis 5:1 vorliegen.

3. Abriebfeste Oberfiächenbeschichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (c) in einem stöchiometrischen Verhältnis zur Komponente (b) vorhanden ist.

4. Abriebfeste Oberfiächenbeschichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (a) Tetraethylorthosilikat ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer abriebfesten Oberfiächenbeschichtung für optische Elemente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, so dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche ein Gemisch aus

(a) einem Polykieselsäureester der allgemeinen Formel

Si(OR)₄

worin R einen Rest -(CH₂),,CH₃, in dem η eine Zahl von 0 bis 11 bedeutet, oder einen Rest

(CH₂J_nCH₃

-CH

(CH₂)_mCH₃

in dem der Wert von n+m gleich 0 bis 10 ist, bedeutet, und

(b) Polyvinylalkohol oder einem teilweise oder vollständig hydrolisierten Vinylpolymer, welches einen wesentlichen Gehalt an Polyvinylalkohol aufweist,