DE60030014T2 - Wenig reflektierende Fluoropolymerschichten für Linsen und Vorrichtungen - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft mit Fluorpolymer beschichtete Kunststoffe. Spezieller betrifft sie mit Fluorpolymer beschichtete Kunststoffe, die eine gute Haftung haben, Eigenschaften eines geringen Reflektierens und Wasser- und Ölabweisungsvermögen.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • In Verbindung mit Kunststoffen mit geringem Reflexionsvermögen und speziell Kunststofflinsen und optischen Vorrichtungen ist eine umfangreiche Arbeit geleistet worden. Eines der zur Anwendung gelangenden Verfahren ist die Abscheidung aus der Gasphase von oxidiertem Metall auf der Oberfläche des Kunststoffes. Allerdings gelangt bei diesem Verfahren ein Chargenprozess zur Anwendung, bei dem die Produktivität gering wird, wenn das Substrat groß ist. Ein anderer Weg ist das Aufbringen einer Beschichtung von Fluorpolymer-Lösungen. Das Beschichten wird mit Hilfe eines Tauchprozesses ausgeführt und ist bei großen Substraten mit hoher Produktivität anwendbar. Obgleich Fluorpolymere geringe Brechzahlen haben, verfügen sie auch über eine sehr geringe Haftung an Kunststoffsubstraten. Seit langem wird nach einer Verbesserung der Haftung zwischen Fluorpolymeren und Substrat-Kunststoffen gesucht. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Technologie für eine geringe Brechzahl und eine gute Haftung unter Verwendung von Fluorpolymer-Lösungen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung gewährt ein zweilagiges Beschichtungssystem, das für PMMA-, PC-, PET- und PS-Substrate entwickelt wurde, die eine obere Lage aufweisen von Poly(TFE/HFP) und Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Molverhältnis von TFE zu HFP zwischen etwa 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 etwa 19 Mol-% beträgt; einer unteren Beschichtungslage von Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Verhältnis von TFE zu HFP zwischen etwa 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 zwischen etwa 18% und 60 Mol-% auf PMMA-Substraten und zwischen 12% und 40 Mol-% auf PC-, PET- und PS-Substraten beträgt.
  • In dem System aus zwei Schichten beträgt die Dicke der oberen Lage vorzugsweise zwischen 10 und 1.000 nm. Mehr bevorzugt ist sie zwischen 30 und 120 nm und am meisten bevorzugt zwischen 70 und 120 nm.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bei Systemen mit zwei Lagen hat man festgestellt, dass sie Beschichtungen geringer Reflexion auf optisch klaren Kunststoffsubstraten liefern. Substrate sind PMMA, PC, PET und PS.
  • Obgleich viele Polymere über einen ausreichend hohen Fluorgehalt verfügen, um sich gut als Schichten mit geringer Reflexion zu eignen, versagen sie oftmals auf Grund einer unzureichenden Bindung an Substraten, wie beispielsweise PMMA, PC, PET und PS. Dieses Haftungsproblem ist dadurch gelöst worden, dass man zu Systemen übergeht, in denen eine untere Klebstoffschicht eine gering reflektierende Deckschicht an dem Substrat verklebt. Das für PMMA-, PC-, PET- und PS-Substrate entwickelte, zweilagige Beschichtungssystem besteht aus Fluorpolymeren mit den Formeln
  • obere Beschichtungslage:
  • Poly(TFE/HFP) und Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Molverhältnis von TFE zu HFP zwischen 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 etwa 19 Mol-% beträgt;
  • untere Beschichtungslage:
  • Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Verhältnis von TFE zu HFP zwischen 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 zwischen 18% und 60 Mol-% auf PMMA-Substraten und zwischen 12% und 50 Mol-% auf PC-, PET- und PS-Substraten beträgt.
  • Die Aufgabe der unteren Lage in der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass hochfluorierte Polymere geringer Reflexion an Kohlenwasserstoff-Polymersubstraten hoher Reflexion gebunden werden. Um ein wirksames Klebmittel zu sein, verbindet das für die Klebstofflage verwendete Polymer Perfluorkohlenstoff-Monomere, wie beispielsweise TFE und HFP, entweder teilfluorierten oder Kohlenwasserstoff-Comonomeren, wie beispielsweise VF2.
  • In dem zweilagigen Beschichtungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Dicke der oberen Lage zwischen 10 und 1.000 nm betragen. Mehr bevorzugt beträgt sie zwischen 30 und 120 nm und am meisten bevorzugt zwischen 70 und 120 nm. Das Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann jedes beliebige Verfahren einbeziehen, das auf dem Fachgebiet bekannt ist, einschließlich die Methode des Tauchens, Sprühens oder Rotationsbeschichtens unter Verwendung von Polymer, ohne auf diese Methoden beschränkt zu sein.
  • Die folgenden Beispiele sind als Veranschaulichung der Erfindung zu verstehen.
  • MATERIALIEN UND METHODEN
  • Hierin werden die folgenden Festlegungen verwendet, die zur Interpretation der Ansprüche zu verwenden sind.
    • HFP
    – Hexafluorpropylen, CF2=CF-CF3
    PC
    – Polycarbonat
    PET
    – Polyethylenterephthalat
    PMMA
    – Polymethylmethacrylat
    PS
    – Polysulfon
    TFE
    – Tetrafluorethylen, CF2=CF2
    VF2
    – Vinylidenfluorid, CF2=CH2
  • Sofern nicht anders angegeben, wurden die folgenden Prüfmethoden angewendet:
  • METHODE DER TRANSMISSIONSMESSUNG
  • Die Lichtdurchlässigkeit wurde bei 500 nm unter Verwendung eines Shimadzu #UV-3100-Spektrometers gemessen. Mit diesem Gerät wird ein kontinuierlicher Vergleich eines Doppelstrahls gemessen, von dem ein Teil durch die Probe hindurch geleitet wird.
  • PRÜFMETHODE FÜR DIE ADHÄSION
  • Es wurde ein Gerät mit 10 Rasierklingen, die um einen Abstand von 1 mm voneinander getrennt waren, verwendet, um die Beschichtung bis herab zum Kunststoffsubstrat einzuschneiden, indem das Rasierklingengerät zuerst in die eine Richtung und anschließend ein zweites Mal in einer dazu senkrechten Richtung gezogen wurde. Diese Schnitte erzeugten 100 Kreuzgitterschnitte. Auf die Fläche der Kreuzgitterschnitte wurde ein Scotch-Band mit mäßigem Druck aufgebracht und rasch abgezogen. Die Adhäsion wurde mit der Zahl der Quadrate von noch 100 an dem Substrat haftenden bewertet.
  • Sofern nicht anders angegeben, waren alle anderen Polymere und Monomere kommerziell verfügbar.
  • Bei den in der vorliegenden Erfindung verwendeten VF2/TFE/HFP-Terpolymeren und TFE/HFP-Dipolymeren, handelte es sich um Zusammensetzungen, die in Bezug auf optische Klarheit und Löslichkeit ausgewählt wurden. Sie wurden hergestellt durch Polymerisation bei 670 kPa (14.000 psi) und 200° bis 400°C entsprechend der Beschreibung in den US-P-5 478 905 und 5 637 663. Diese Methode der Polymerisation liefert höhere HFP-Gehalte und andere Monomerfolgen als Polymerisationen, die unter den auf dem Fachgebiet bekannten, üblichen Methoden der Emulsions- und Massepolymerisation ausgeführt wurden (siehe beispielsweise die "Enzyclopedia of Polymer Science and Engineering", 1989. Bd. 16, S. 601–613 und Bd. 7, S. 257–269, John Wiley & Sons.). VF2/TFE/HFP- und TFE/HFP-Copolymere, die mit Hilfe dieser konventionelleren Methoden hergestellt werden, können ebenfalls in unserer Patentanmeldung geeignet sein, solange ein hoher Fluorgehalt, optische Klarheit und leichte Auftragsfähigkeit aus Lösung aufrecht erhalten werden können.
  • BEISPIELE 1 BIS 3
  • VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 6
  • Zwei Schichten, Poly(VF2/TFE/HFP) und Poly(HFP/TFE), auf PMMA, bevorzugter VF2-Gehalt
  • Es wurden Lösungen von 1 Gew.-% Poly(VF2/TFE/HFP) mit null bis 40% VF2 in Fluorinert® FC-75 und mit 4 bis 55 Mol-% VF2 in Aceton angesetzt, indem Stücke des Polymers in Lösemittel über mehrere Tage bei Raumtemperatur bewegt wurden. Für die Prüfung wurden PMMA-Platten verwendet, die eine Abmessung von 2,5 cm × 5,0 cm × 3 mm (Dicke) hatten. Die PMMA-Platten wurden beschichtet, indem die Platten in die Polymerlösung mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min. abgesenkt wurden und sodann 30 Sekunden später die Platten mit 50 mm/min. wieder aus der Lösung herausgezogen wurden. Nach einer Lufttrocknung von 5 bis 10 Minuten wurden die Platten für 60 Minuten in einem Luftofen bei 100°C horizontal getrocknet. Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in ansteigender Reihenfolge zusammengestellt.
  • Der VF2-Gehalt in der Poly(VF2/TFE/HFP)-Grundschicht wurde variiert. Bei allen Proben wurde eine Deckschicht von 57 mol-%iger TFE/43 Mol-% HFP mit einer Poly(VF2/TFE/HFP)-Grundschicht verwendet. Es wurden die Transmission und Adhäsion mit den in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen gemessen, in der die Beispiele und Vergleichsbeispiele in der Reihenfolge einer zunehmenden Dicke aufgeführt sind.
  • TABELLE 1 Zwei Schichten von Poly(VF2/TFE/HFP) und Poly(HFP/TFE) auf PMMA bevorzugter VF2-Gehalt
    Figure 00040001
  • Eine gute Adhäsion mit erhöhter Transmission in Vergleich zu der nichtbeschichteten PMMA-Kontrolle wurde beobachtet, wenn die Poly(VF2/TFE/HFP)-Grundschicht VF2-Gehalte zwischen etwa 18% und 60 Mol-% hatte.
  • BEISPIELE 4 BIS 7
  • VERGLEICHSBEISPIELE 7 BIS 9
  • Zwei Schichten auf Polycarbonat, bevorzugter VF2-Gehalt für die Grundschicht
  • Es wurden Poly(VF2/TFE/HFP)-Proben mit unterschiedlichem VF2-Gehalt (siehe die nachfolgende Tabelle 2) für die Grundschicht verwendet. Es wurden Lösungen mit 1 Gew.-% Poly(VF2/TFE/HFP) in Aceton angesetzt indem Stücke des Polymers mit Lösemittel über mehrere Tage bei Raumtemperatur bewegt wurden. Zur Prüfung wurden PC-Platten (Kyoto-Jushi Seiko Copolymer., Ltd.) verwendet, die eine Abmessung von 2,5 cm × 5,0 cm × 3 mm (Dicke) hatten. Die PC-Platten wurden beschichtet, indem die Platten in die Polymerlösung mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/min abgesenkt wurden und danach sofort aus der Lösung mit 50 mm/min herausgezogen wurden. Nach einem Lufttrocknen für 5 bis 10 Minuten wurden die Platten für 60 Minuten in einem Luftofen mit 100°C horizontal getrocknet.
  • Die Deckschicht war in jedem Fall die gleiche mit 57,0 mol-%iger TFE/43,0 Mol-% HFP-Copolymer, die nach der gleichen Methode hergestellt wurde.
  • Die nachfolgende Tabelle 2 ist eine Zusammenstellung der Beispiele und Vergleichsbeispiele in der Reihenfolge mit steigendem VF2-Gehalt.
  • TABELLE 2 Zwei Schichten auf PC
    Figure 00050001
  • VF2-Gehalt zwischen etwa 12 und 40 Mol-% lieferten eine verbesserte Haftung (> 83/100) relativ zu HFP/TFE-Dipolymer (68/100) und eine verbesserte Transmission (> 92,3%) relativ zu unbeschichtetem Polycarbonat (87,2%).

Claims (3)

  1. Zweilagiges Beschichtungssystem zum Beschichten von Substraten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus PMMA, PC, PET und PS, umfassend eine obere Lage, die aufweist: Poly(TFE/HFP) und Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Molverhältnis von TFE zu HFP zwischen 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 etwa 19 Mol-% beträgt; sowie eine unter Beschichtungslage, die aufweist: Poly(VF2/TFE/HFP), worin das Verhältnis von TFE zu HFP zwischen 0,9 und 1,9 liegt und die Konzentration von VF2 zwischen 18% und 60 Mol-% auf PMMA-Substraten beträgt und zwischen 12% und 40 Mol-% auf PC-, PET- und PS-Substraten beträgt.
  2. Zweilagiges Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Dicke der untere Beschichtungslage kleiner als 20 nm ist.
  3. Zweilagiges Beschichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Dicke der oberen Beschichtungslage 10 nm bis 1000 nm beträgt. 4 Zweilagiges Beschichtungssystem nach Anspruch 3, wobei die Dicke der oberen Beschichtungslage 70 nm bis 120 nm beträgt.
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