DE3432362C2

DE3432362C2 -

Info

Publication number: DE3432362C2
Application number: DE3432362A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Gamagori Aichi Jp Makino; Akira Takarazuka Hyogo Jp Matsumoto; Hideo Gamagori Aichi Jp Kabeya
Original assignee: Ito Optical Industrial Coltd Gamagori Aichi Jp
Current assignee: Ito Optical Industrial Coltd Gamagori Aichi Jp
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-09-03
Publication date: 1987-12-17
Also published as: FR2561397A1; CH662891A5; GB2155939A; GB8423766D0; JPS60197709A; DE3432362A1; AU3254384A; US4598133A; AU550896B2; FR2561397B1; GB2155939B; JPS6250488B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist organisches Glas mit hohem Brechungsindex und ausgezeichneten weiteren physikalischen Eigenschaften, das sich als Werkstoff zur Herstellung von optischen Teilen, wie Linsen und Prismen eignet. Die Erfindung wird anhand von Linsen als Beispiel für optische Teile erläutert, ist aber nicht darauf beschränkt.

Organisches Glas wurde infolge seines geringen Gewichts im Vergleich mit anorganischem Glas als Linsenmaterial für Brillen in Betracht gezogen. Organisches Glas aus einem Polymerisat von Diäthylenglykol-bis-(allylcarbonat) (nachstehend als "CR-39" bezeichnet) und Methacrylsäuremethylester wurde bereits als Linsenwerkstoff benutzt. Diese organischen Gläser haben jedoch nur einen Brechungsindex von 1,49 bis 1,50, d. h. einen niedrigeren Brechungsindex als anorganische Gläser, bei denen beispielsweise weißes Kronenglas einen Wert von 1,523 besitzt. Wenn solche organischen Gläser als Linsenmaterial zur Korrektur der Sehstärke benutzt werden, muß das Glas im Vergleich zu einem anorganischen Glas dicker gemacht werden, so daß der Vorteil des geringen Gewichts verloren geht und sich außerdem ein schlechtes Aussehen ergibt. Diese Erscheinung verstärkt sich bei zunehmender Dioptrienzahl der Linse aus organischem Glas. Organisches Glas ist deshalb nicht immer als Linsenwerkstoff geeignet, insbesondere wenn es sich um starke Linsen zur Korrektur der Sehstärke handelt.

Zur Überwindung dieses Nachteils der bekannten organischen Gläser wurden Werkstoffe mit einem Gehalt an Phthalsäurediallylharz vorgeschlagen, die einen hohen Brechungsindex aufweisen. Diese Gläser sind jedoch spröde und ihre Lichtdurchlässigkeit ist fraglich, so daß ihre Eigenschaften als Linsenwerkstoff ungenügend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, organisches Glas zu schaffen, das einen hohen Brechungsindex und ausgezeichnete weitere physikalische Eigenschaften wie hervorragende Lichtdurchlässigkeit und Zähigkeit (Schlagfestigkeit) aufweist, die für Linsen gefordert werden.

Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst, daß organisches Glas erhalten werden kann, das sich zur Herstellung von optischen Teilen eignet, wenn ein Copolymerisat aus drei monomeren Komponenten verwendet wird, nämlich Isophthalsäurediallylester, Benzoesäureallyl- oder vinylester und Methacrylsäurebenzylester.

Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des organischen Glases zur Herstellung von optischen Teilen, wie Linsen und Prismen.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Form, wie sie in den Beispielen der Anmeldung verwendet wird.

Wenn die Menge der Komponente (a) im verwendeten Monomerengemisch weniger als 30 Gewichtsprozent beträgt, fehlt dem organischen Glas die Oberflächenhärte. Bei einer Menge an Komponente (a) über 85 Gewichtsprozent, d. h. bei einem Gehalt an Komponente (b) von weniger als 10 Gewichtsprozent und an Komponente (c) von weniger als 5 Gewichtsprozent, tritt die Wirkung des Zusatzes der Komponenten (b) und (c) nicht mehr in Erscheinung. Bei einem Gehalt an mehr als 35 Gewichtsprozent Komponente (c) entstehen inhomogene Teile und geringere Lichtdurchlässigkeit oder eine spröde Oberfläche. Die Copolymerisation der Komponente (b) mit der Komponente (a), Isophthalsäurediallylester mit zwei funktionellen Gruppen, erhöht die Anzahl von Molekülen zwischen Vernetzungen, die durch den Isophthalsäurediallylester gebildet werden und erniedrigt die Vernetzungsdichte der stark vernetzten Struktur, die vom Isophthalsäurediallylester erzeugt wird und zu Sprödigkeit des Copolymerisates führt. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Componente (b) einen bestimmten Grad an Freiheit der Molekülketten erzeugt und zur Verbesserung der Schlagfestigkeit des Copolymerisates beiträgt.

Andererseits ist die Komponente (c) mit Isophthalsäurediallylester nicht gut copolymerisierbar. Die Polymerisation des Methacrylsäurebenzylesters führt zur Entstehung heterogener Teile im Copolymerisat und zu örtlichen Schnitten in der vom Isophthalsäurediallylester gebildeten vernetzten Struktur. So trägt vermutlich auch die Komponente (c) zur Verbesserung der Schlagfestigkeit des Copolymerisates in Zusammenwirkung mit der Komponente (b) bei. Dies wird durch die Ergebnisse der Schlagfestigkeitsprüfungen bestätigt; vgl. Tabelle II.

Methacrylsäurebenzylester wird verwendet, weil dessen Polymerisat einen hohen Brechungsindex aufweist. So wird auch im erzeugten Copolymerisat ein hoher Brechungsindex erhalten.

Die Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele 1-8 und Vergleichsbeispiele 1-4

Zusammensetzungen aus einem Gemisch der monomeren Komponenten (a), (b) und (c) in den in Tabelle I angegebenen Mengenverhältnissen und 6 Gew.-% Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator wurden vermischt und in eine Form gemäß Fig. 1 eingebracht, die aus den zwei Glasteilen 1 und 1 und einer kreisförmigen Dichtung 2 aus Kunstharz besteht. Die Form wird in 16 Stunden von 40 auf 100°C erhitzt und weitere 4 Stunden bei 100°C gehalten, um die Polymerisation zu vervollständigen. Dabei werden Formteile (Linsen) aus einem organischen Glas erhalten. Die physikalischen Eigenschaften der Produkte der Beispiele sind in Tabelle II angegeben. Alle erfindungsgemäßen Produkte weisen hohen Brechungsindex, ausgezeichnete Schlagfestigkeit und hervorragende andere physikalische Eigenschaften, wie Lichtdurchlässigkeit, auf.

Im Vergleichsbeispiel 1 wurde CR-39 unter den gleichen Polymerisationsbedingungen polymerisiert.

Beispiel 9

Eine Organosilicium-Hartbeschichtungsflüssigkeit wurde auf die in Beispiel 1 erhaltene Linse durch Eintauchen aufgebracht und dann zur Aushärtung 4 Stunden auf 100°C erhitzt. Der Beschichtungsfilm hat eine Dicke von etwa 3 µm. Die beschichtete Linse hat eine Adhäsion von 100/100, eine Oberflächenhärte von 4H und eine Kratzfestigkeit von A. Diese Eigenschaften der beschichteten Linse ändern sich nicht, wenn die Linse 30 Minuten bei 90°C mit einem braunen Farbstoff gefärbt wird. Die beschichtete Linse ist der aus CR-39 gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen und ebenfalls beschichteten Linse in Bezug auf die Haftfestigkeit des Beschichtungsfilms überlegen.

Auf einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Linse wird nach ausreichendem Waschen SiO₂ in einer Dicke von etwa 5 µm, Al₂O₃ in λ/2 und SiO₂ in λ/4 in entsprechender Reihenfolge im Vakuum aus der Gasphase abgeschieden. Die erhaltene Linse weist eine Adhäsion von 100/100, eine Oberflächenhärte von 7 H und die Kratzfestigkeit S auf. Nach 30 Minuten Eintauchen in heißes Wasser von 70°C oder nach 30 Minuten in heißer Luft von 100°C zeigt der abgeschiedene Film auf den Linsen keine Änderung. Das erfindungsgemäß hergestellte organische Glas weist somit hervorragende Haftung an anorganischen Beschichtungsfilmen auf.

Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften wurden folgende Testverfahren angewendet:

(a) Lichtdurchlässigkeit: Gemessen in einem handelsüblichen visuellen Durchlässigkeits-Photometer.
(b) Brechungsindex und seine Streuung: Der Brechungsindex und seine Streuung wurde an einem Block mit zwei gekreuzten, optisch polierten Oberflächen mit einem Abbe-Refraktometer gemessen.
(c) Spezifisches Gewicht: Berechnet aus den Auftrieb in reinem Wasser bei 20°C.
(d) Oberflächenhärte (Bleistifthärte). Der Test wird nach JIS K-5400 unter einer Belastung von 1 kgf (kp) durchgeführt. Die Härte wird durch die höchste Bleistifthärte angegeben, bei der die Oberfläche nicht beschädigt wird.
(e) Kratzfestigkeit: Beim Reiben der Linsenoberfläche mit Stahlwolle Nr. 0000 wird der Grad der Beschädigung folgendermaßen angegeben: Keine Beschädigung= (S) kaum beschädigt= (A) etwas beschädigt= (B) stark beschädigt= (C)
(f) Schlagfestigkeit: Nach dem Standard der Food an Drug Administration werden 10 Proben geprüft, wobei eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 16,2 g oder 25 g aus einer Höhe von 127 cm auf die Proben fallengelassen wird. Das Verhältnis der durchschlagenden oder gebrochenen Proben bei 10 Proben wird als Bruch angegeben.
(g) Haftfähigkeit: Gemäß JIS D-0202 werden 100 Karos mit einem Messer hergestellt. Der Abschältest für die Karos wird unter Verwendung eines Cellophan-Klebestreifens durchgeführt. Es wird die Durchschnittszahl der verbliebenen Karos bei dreimaliger Wiederholung des Tests in Prozent angegeben.
(h) Färbbarkeit: Eine Linsenprobe wird 30 Minuten bei 90°C in ein braunes Farbband getaucht. Danach wird ihre visuelle Lichtdurchlässigkeit nach dem Prüfverfahren (a) bestimmt.

Tabelle I

Tabelle II

Beispiele 11 bis 15 und Vergleichsbeispiele 5 bis 7

Die Versuche wurden gemäß Beispiel 1 bis 8 und Vergleichsbeispiel 1 bis 4 durchgeführt. Die Zusammensetzung der Copolymerisate ist in Tabelle III zusammengefaßt. Die physikalischen Eigenschaften der Produkte sind in Tabelle IV angegeben.

Tabelle III

Tabelle IV

Alle erfindungsgemäßen Produkte weisen hohen Brechungsindex, ausgezeichnete Schlagfestigkeit und hervorragende andere physikalische Eigenschaften, wie Lichtdurchlässigkeit, auf.

Claims

1. Organisches Glas, erhältlich durch Polymerisation eines Gemisches aus

(a) 30 bis 85 Gewichtsprozent Isophthalsäurediallylester,
(b) 10 bis 65 Gewichtsprozent Benzoesäureallyl- oder -vinylester und
(c) 5 bis 35 Gewichtsprozent Methacrylsäurebenzylester in Gegenwart eines üblichen Polymerisationsinitiators.

2. Organisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator verwendet wird.

3. Organisches Glas nach Anspruch 1 und 2, erhältlich durch Polymerisation eines Gemisches aus

(a) 30 bis 80 Gewichtsprozent Isophthalsäurediallylester,
(b) 10 bis 65 Gewichtsprozent eines Benzoesäureallyl- oder vinylester und
(c) 5 bis 20 Gewichtsprozent Methacrylsäurebenzylester in Gegenwart eines üblichen Polymerisationsinitiators.

4. Verwendung des organischen Glases nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung von optischen Teilen.