DE2652764C2 - Abriebfeste Oberflächenbeschichtung für optische Elemente und Verfahren zur Herstellung dieser Beschichtung - Google Patents
Abriebfeste Oberflächenbeschichtung für optische Elemente und Verfahren zur Herstellung dieser BeschichtungInfo
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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
oder einen Rest
-CH
\
(CH2LCH3
(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
-CH -Rest
(CH2XnCH3
ist, wobei sich n + m auf 0 bis 10 beläuft.
Der Polykieselsäureester kann unter Zugabe einer Wassermenge von wenigstens 15 Gew.-% des Este-s
60
65
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.
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)
Kontrolle (kein Überzug)
2-3
11-14
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.
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
Die Beschichtungslösung nach Beispiel 1 wird erneut eingesetzt, wobei an die Stelle des im Beispiel 1 angewandten
Formaldehydes 0,8% Zirkonylnitrat tritt Aus
65
Diet'iylenglykolbisallylcarbonat bestehende, überzogene
Linsen weisen ähnliches Aussehen und Eigenschaften auf, wie diejenigen nach Beispiel 1.
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
Ethanol
Polyvinylalkohol
Tetraethy lorthosil i kat
Tetraethy lorthosil i kat
Oberflächenaktives Mittel als
Glättungsmittel
Glättungsmittel
Glyoxal
50,2
25,1
25,1
5,0
18,8
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 (5)
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
(CH2JnCH3
-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,
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