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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft:
vernetzbare photochrome Zusammensetzungen
vernetzte
photochrome Zusammensetzungen, die erhältlich sind aus den neuen vernetzbaren
photochromen Zusammensetzungen
Gegenstände, die angefertigt sind aus
oder beschichtet sind mit photochromen Zusammensetzungen, insbesondere
photochrome Linsen, basierend auf neuen vernetzten Zusammensetzungen
und
ein Verfahren zur Herstellung dieser neuen vernetzbaren
photochromen Zusammensetzungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Photochromismus,
welcher ausgedrückt
wird durch verschiedene Typen von photochromen organischen Molekülen, welche
aufgenommen werden in ein organisches Wirtsmaterial, ist ein Phänomen, welches umfangreich
in der Literatur beschrieben ist.
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In
einem Polymergemisch definiert die Beweglichkeit der Polymerketten
in der Nähe
der photochromen Moleküle
die Geschwindigkeit, bei welcher die photochromen Eigenschaften
der Moleküle
ausgedrückt werden,
insoweit, als daß die
reversible Farbänderung
der Moleküle
auf einem reversiblen Ringspaltungs- und Isomerisierungsvorgang
beruht. Der Verdunklungs- und Verblassungsvorgang einer Polymermatrix,
dem Wirt der photochromen Moleküle,
ist folglich abhängig
von dem freien Volumen, das in der Matrix den Molekülen verbleibt
und daher abhängig
von der Flexibilität
der Polymerketten der Matrix.
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Aus
diesem Blickwinkel sind Polyurethan- oder Polyurethan-Harnstoff-Matrizes
besonders interessant. Das freie Volumen in ihnen kann tatsächlich leicht
durch eine sorgfältige
Wahl der Blöcke
eingestellt werden, die bei der Synthese zusammengesetzt werden.
Die Färbung
und die Rückkehr
zur anfänglichen
Färbung einer
Polyurethan- oder Polyurethan-Harnstoff-Matrix kann daher optimiert
werden durch eine geeignete Wahl der Blöcke, die bei der Synthese der
Matrix einverleibt sind.
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Die
Verwendung von photochromen Beschichtungen auf nicht photochromen
Matrizen anstatt und an Stelle von Matrizen, welche photochrom gemacht
sind über
deren gesamte Masse hinweg, ist weiterhin passend, wenn die nicht
photochromen Matrizen keine ausreichende Flexibilität und kein
ausreichendes freies Volumen zum Ausdrücken des Photochromismus von
in ihnen aufgenommenen Molekülen
anbieten. Thermoplastische Materialien wie Polymethylmethacrylat
oder Polycarbonate sind daher insofern nicht als Wirtspolymer von
photochromen Molekülen
geeignet, als das freie Volumen in ihnen und die Flexibilität der sie
bildenden Ketten unzureichend sind.
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Die
Patentanmeldung
EP-A-0
294 056 beschreibt die Herstellung von photochromen Polyurethanen. Die
Polyurethane werden klassisch hergestellt aus Diisocyanatreagenzien
und Polyolreagenzien. Die photochrome Verbindung wird vor der Reaktion
zugegeben mit einem der Reagenzien oder im Gemisch von Reagenzien.
Da die Isocyanatgruppen sehr reaktive Gruppen sind, kann das zubereitete
Gemisch der Reagenzien nicht aufbewahrt werden. Es muß dazu gebracht
werden, unmittelbar nach seiner Herstellung zu reagieren. Dies bildet
eine ernsthafte Beschränkung
hinsichtlich der Implementierung des Verfahrens.
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Wenn
die Isocyanatgruppen zusätzlich
in der hergestellten Polyurethanmatrix existieren, können sie in
Gegenwart von Feuchtigkeit (beim späteren Gebrauch der Matrix)
Amine erzeugen. Solche Amine sind selbst in der Lage, bestimmte
photochrome Verbindungen, welche in der Matrix vorliegen (insbesondere
Chromene), zu destabilisieren oder sogar zu zerstören.
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Das
US-Patent 6,187,444 beschreibt
photochrome Polyurethanbeschichtungen, welche erhalten werden durch
ein Syntheseverfahren, welches von der oben dargelegten Beschränkung befreit
ist. Die Reaktivität des
Gemisches von Isocyanat/Polyol-Reagenzien wird in der Tat insofern
kontrolliert, als blockierte Isocyanate verwendet werden. Deren
NCO-Funktionen werden klassisch blockiert mit Hilfe geeigneter organischer
Verbindungen. Wenn sie auf eine ausreichende Temperatur gebracht
werden, allgemein zwischen 90 und 200°C, setzen die blockierten Isocyanate die
Blockierverbindung frei und sind daher Isocyanate, welche frei sind,
um mit den Polyolen zu reagieren, welche vorliegen, um das gewünschte Polyurethan
zu erzeugen.
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Wie
in dem genannten US-Patent erwähnt,
ist es leider im allgemeinen nicht möglich, sämtliche Blockierverbindungen
zu entfernen. Ein Überschuß von blockierten
Isocyanaten muß immer
bereitgestellt werden, um die Gegenwart einer vorgegebenen Menge
an freien (unblockierten) Isocyanaten sicherzustellen. Solch ein Überschuß von Isocyanat
ist insbesondere ungeeignet in einem Material, welches photochrome
Verbindungen enthält.
Es ist erkannt worden, daß die
Isocyanate hydrolysiert werden können
in Amine und daß diese
Amine in der Lage sind, solche photochromen Verbindungen (spezieller
jene vom Chromen-Typ) zu destabilisieren oder sogar zu zerstören.
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Bei
der Synthese solcher Beschichtungen, insbesondere mit signifikanter
Dicke, ist es weiterhin nicht ausgeschlossen, daß die Blockierverbindungen
eingefangen werden. Es ist in einigen Fällen sogar möglich, die
Bildung von Blasen an der Oberfläche
der Beschichtung zu beobachten.
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Die
Anmeldung
WO-A-01 55
269 beschreibt photochrome Polyurethanbeschichtungen.
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Einer
der Nachteile der klassischen Polyurethane ist, daß sie quasi
bi-phasisch mit einer geordneten Struktur sind. Solche Polyurethane
enthalten tatsächlich
weiche Segmente, welche vollständig
mobil sind und welche in Form von Kugeln und starren Oligourethaneinheiten
vorliegen, welche als harte Segmente bekannt sind. Die Kohäsion dieser
Polyurethane ist hauptsächlich
den Wasserstoffbrückenbindungen
zuzuschreiben, welche zwischen den Urethangruppen mit hoher Polarität vorliegen,
welche in den harten Segmenten vorliegen. Es kann folglich befürchtet werden,
daß die
photochromen Verbindungen, welche in den harten Segmenten vorliegen,
unter einem Mangel an Mobilität
leiden und daß daher
die Verdunklungs- und Verblassungsgeschwindigkeiten des fraglichen
Materials verlangsamt werden.
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Bis
heute hat man keine photochromen Polyurethane verfügbar, welche
sehr effizient sind und welche leicht zu erhalten sind.
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Die
Anmeldung
WO-A-01 02
449 beschreibt eine photochrome Beschichtung vom Poly(meth)acryltyp, welche
erhalten wird durch Copolymerisation eines Gemisches von (Meth)Acrylmonomeren,
welche photochrome Moleküle
enthalten. Dieses Gemisch von Monomeren, welches nicht sehr viskos
ist, ermöglicht
es nicht, Beschichtungen zu erzeugen, welche von einer Dicke sind,
die ausreichend ist, um gute photochrome Eigenschaften bei vernünftigen
Kosten zu zeigen. Um die geringe Dicke der Beschichtung zu kompensieren, ist
es tatsächlich
notwendig, daß die
photochrome Verbindung bei einer hohen Konzentration einverleibt
wird und dies stellt manchmal ein Problem dar hinsichtlich der Löslichkeit
der Verbindung in der Beschichtung.
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Die
französische
Patentanmeldung
FR 2 728 576 beschreibt
organische photochrome Materialien, die aus einer Polymermatrix
von optischer Qualität
bestehen und aus wenigstens einem Farbstoff, der der Matrix photochrome
Eigenschaften verleiht, wobei der Farbstoff ausgewählt ist
aus Spirooxazinen, Spiropyranen und Chromenen. Das Polymer, das
die Matrix bildet, ist ein Copolymer aus 30 bis 95 Gewichtsprozent
ethoxyliertem Bisphenol-A-Dimethacrylat und 5 bis 70 Gewichtsprozent
eines Polyurethanoligomers mit terminaler Di- oder Triacryl- oder
Di- oder Trimethacryl-Funktionalität. Solche
polychromen Materialien sind meist geeignet zur Herstellung von
Augenlinsen und Sonnenschutzlinsen. Die beschriebenen Gemische (ethoxyliertes
Bisphenol-A-Dimethacrylat + Polyurethanoligomer) sind insofern nicht
als Vorläufer
dicker Beschichtungen geeignet, als sie nicht hinreichend viskos
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
dem beschriebenen Zusammenhang werden erfindungsgemäß neue vernetzbare
photochrome Zusammensetzungen vorgeschlagen, welche Vorläufer von
Polyurethan- oder
Polyurethan-Harnstoff-Beschichtungen sind, welche photochrom sind
und insbesondere interessant sind bezüglich der Probleme, die, wie oben
dargelegt, im Stand der Technik angetroffen werden:
das Problem
der potentiellen Gegenwart von Aminen,
das Problem der geordneten
Struktur und
das Problem der ausreichenden Dicke der gesuchten
Beschichtungen.
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Die
neuen vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
enthalten:
- – wenigstens ein segmentiertes
oder nicht segmentiertes lineares Polymer vom Polyurethantyp oder
Polyurethan-Harnstoff-Typ mit wenigstens einer nicht-terminalen
Einheit, die wenigstens eine ungesättigte Gruppe umfaßt, und
- – eine
wirksame Menge wenigstens einer photochromen organischen Verbindung.
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Charakteristisch
enthalten sie einen bestimmten Typ linearen Polyurethans oder linearen
Polyurethan-Harnstoffs mit ungesättigter
Gruppe (ungesättigten
Gruppen), welche vorkonstituiert ist (sind) und welche vorher synthetisiert
ist (sind) durch klassische Reaktion in Abwesenheit von jeglicher
photochromer Verbindung. Die photochrome(n) Verbindung(en) wird
(werden) später
einverleibt, nach der Synthese des Polyurethans oder Polyurethan-Harnstoffs.
Es ist daher möglich
gewesen, zuvor sämtliche
Isocyanatgruppen reagieren zu lassen und jegliche weitere Bildung
einer Amingruppe zu verhindern, welche die photochrome(n) Verbindung(en)
destabilisieren oder zerstören
kann.
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Das
lineare Polyurethan oder der Polyurethan-Harnstoff, welches/welcher
verwendet wird, ist hingegen geeignet, weiter mit sich selbst oder
mit einem geeigneten Partner (siehe unten) vernetzt zu werden, um eine
geeignete Matrix zu erzeugen, in welcher die photochrome(n) Verbindung(en),
welche vorliegt (vorliegen) eingefangen wird (werden), sofern sie
wenigstens eine ungesättigte
Gruppe in dem Molekül
hat (haben). Solch eine ungesättigte
Gruppe in wenigstens einer nicht-terminalen Einheit schließt keineswegs
die Gegenwart einer ungesättigten
Gruppe in den terminalen Einheiten aus.
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Das
Vernetzen, welches die ungesättigten
Gruppen der Polyurethan- oder Polyurethan-Harnstoff-Kette involviert,
wird radikalisch implementiert, um Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen zu erzeugen. Es
ist keineswegs entscheidend für
die photochrome(n) Verbindung(en), welche vorliegt (vorliegen).
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Die
ungesättigten
fraglichen Gruppen sind vorteilhaft vom (Meth)Acryltyp (das heißt Acryl
oder Methacryl).
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Die
fraglichen ungesättigten
Gruppen liegen vorteilhaft in den anhängenden Gruppen vor. Es ist
nicht ausgeschlossen, daß sie
in dem Gerüst
der Kette einverleibt sind, aber vorteilhaft sind sie in den anhängenden Gruppen
einverleibt, welche an das Gerüst
angehängt
sind.
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Die
photochrome organische Verbindung, welche allein oder im Gemisch
einverleibt wird, wird vorteilhaft gewählt aus Spiroxazinen, Chromenen,
Spiropyranen, Fulgiden und Fulgimiden. Das vereinte Einverleiben
solcher Verbindungen ist spezieller bevorzugt, wobei solche Verbindungen
in der Lage sind, eine graue oder braune Färbung zu erzeugen.
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Die
Verbindungen werden einverleibt in einer wirksamen Menge, welche
in der Lage ist, die gewünschte
Färbung
der Matrix zu verleihen, welche erhalten wird durch Vernetzen der
Zusammensetzung. Die wirksame Menge liegt im allgemeinen zwischen
0,1 und 20 Gewichtsprozent.
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Die
vorliegende Erfindung ergibt auch Gegenstände, die gefertigt sind aus
oder beschichtet sind mit der vernetzbaren oder vernetzten photochromen
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung ergibt weiter ein Verfahren zur Herstellung
der vernetzbaren oder vernetzten photochromen Verbindung. Das Verfahren
umfaßt
das Mischen von folgendem:
wenigstens eines linearen Polymers
vom Polyurethantyp oder Polyurethan-Harnstoff-Typ mit wenigstens einer nicht-terminalen
Einheit, die wenigstens eine ungesättigte Gruppe umfaßt;
einer
wirksamen Menge von wenigstens einer photochromen organischen Verbindung;
optional
wenigstens eines zusätzlichen
ungesättigten
Monomers;
optional einer wirksamen Menge wenigstens eines Radikalpolymerisationsstarters;
und
optional einer wirksamen Menge eines inerten Lösungsmittels.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird nun vorgeschlagen, in einer Weise, welche keinesfalls begrenzend
ist, die Natur des linearen Polymers vom ungesättigten Polyurethantyp oder
Polyurethan-Harnstoff-Typ,
welches das Grundelement der vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen
der Erfindung bildet, sowie die Mittel zum Erhalt des Polymers zu
spezifizieren.
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Das
Polymer resultiert vorteilhaft aus der Reaktion von wenigstens einem
Diol, das wenigstens eine ungesättigte
Gruppe trägt
und von wenigstens einem Diisocyanat (Polyurethanpolymer) oder aus
der Reaktion von wenigstens einem Diol, das wenigstens eine ungesättigte Gruppe
trägt,
von wenigstens einem Diisocyanat und wenigstens einem Diamin (Polyurethan-Harnstoff-Polymer).
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Die
fraglichen Reagenzien, welche per se für die Synthese eines Polyurethans
oder eines Polyurethan-Harnstoffs klassisch sind, werden gewählt, um
difunktionell zu sein, für
die Herstellung solch eines linearen Polyurethans oder Polyurethan-Harnstoffs.
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Im
Zusammenhang der vorteilhaften oben spezifizierten Ausführung wird
(werden) die ungesättigte(n) Gruppe(n)
zugeführt
durch das (die) Diol(e), welches (welche) verwendet wird (werden).
Das (Die) Diol(e), welche(s) verwendet wird (werden), enthält (enthalten)
daher vorteilhaft wenigstens eine (Meth)Acrylgruppe in seiner (ihrer)
Struktur. Solche Diole gibt es auf dem Markt.
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Es
ist aus dem Zusammenhang der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen,
daß die
gesuchten ungesättigte(n)
Gruppe(n) zugeführt
wird (werden) durch das (die) Diisocyanat(e), welches (welche) einverleibt wird
(werden), sogar durch das (die) Diol(e) und das (die) Diisocyanat(e),
welches (welche) einverleibt wird (werden).
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Die
Natur solcher Diole, welche ungesättigt sind und welche verwendet
werden können
für die
vorherige Synthese von linearen Polyurethanen oder Polyurethan-Harnstoffen
wird unten in einer keineswegs begrenzenden Weise spezifiziert.
Vorteilhaft sind dies ungesättigte
Diole, welche eine kurze Kette haben und welche von der allgemeinen
Formel (I) hierunter sind:
in welcher:
– R eine
bivalente Verknüpfungsgruppe
ist, gewählt
aus:
– C
2-C
14-Alkylengruppen
– Polyalkylenoxidgruppen,
die bis zu 17 Kohlenstoffatome umfassen,
– Phenylengruppen, welche nicht-substituiert
oder substituiert sind mit C
1-C
9-Alkylgruppen,
– Gruppen
der Formel
in welcher X eine Phenylen-
oder Cyclohexylgruppe ist,
A O, S, SO
2,
-CH
2-, -C(CH
3)
2- oder -C(CH
3)(C
6H
5)- ist,
R
3 und R
4 unabhängig eine
C
1-C
4-Alkylgruppe,
ein Halogen, vorteilhaft Chlor oder Brom, darstellen,
m und
n unabhängig
ganze Zahlen von 0 bis 4 sind,
– R
1 und
R
2 unabhängig
Wasserstoff oder eine Methylgruppe darstellen,
– x und
y ganze Zahlen von 0 bis 2 sind, wobei die Summe x + y gleich 2
ist.
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Bevorzugte
Diole mit Formel (I) sind solche der Formeln (Ia) und (Ib) unten:
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Jene
von Formel (Ib) sind besonders bevorzugt. Unter diesen sind jene
von Formel (Ib
1) unten spezieller bevorzugt:
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Jene
dieser Formeln (Ib1), in welcher R1=R2=H ist, ist jene,
deren Verwendung insbesondere empfohlen wird. Sie ist unter der
Bezeichnung BAGDA (Bisphenol-A-Glycerinat-Diacrylat)
bekannt.
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Der
Fachmann kann sich nicht dessen unbewußt sein, daß in der Struktur der traditionellen
Polyurethane und Polyurethan-Harnstoffe die Weich-/Hartsegment-Verhältnisse
die photochromen Eigenschaften bestimmen.
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Unter
Verwendung von ungesättigten,
kurzkettigen Diolen von den oben spezifizierten Typen in der Struktur
hat man a priori einen zusätzlichen
Parameter zur Verfügung, um
die photochromen Eigenschaften zu beeinflussen. Das Netzwerk kann
a priori desorganisiert sein und die Härte, die klassisch durch die
Hartsegmente verliehen wird, kann erniedrigt sein, indem deren ungesättigte Gruppen
miteinander oder mit einem Vernetzungspartner zur Reaktion gebracht
werden.
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Die
Erfinder glauben in der Tat, daß die
Vernetzung, welche sich auf den ungesättigten Gruppen der harten
Segmente entwickelt (beim Vernetzen der vernetzbaren Zusammensetzungen)
Heterogenitäten
erzeugen wird und die klassische geordnete Struktur aufbrechen wird.
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Folgendes
kann mit Bezug auf die Diisocyanate spezifiziert werden, welche
zur obigen Synthese der ungesättigten,
linearen Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe verwendet werden.
Sie werden vorteilhaft gewählt
aus cycloaliphatischen (aliphatischen und cycloaliphatischen) Diisocyanaten.
Die Verwendung von aromatischen Diisocyanaten ist nicht ausgeschlossen,
aber mit den (cyclo)aliphatischen Diisocyanaten wird das Vergilben
der Zusammensetzungen, die erhalten werden durch Vernetzen von den
ungesättigten
linearen Polyurethanen, hergestellt aus den (cyclo)aliphatischen
Diisocyanaten, in zuverlässigerer
Weise verhindert. Zur Herstellung der ungesättigten linearen Polyurethane
ist die Verwendung allein oder im Gemisch der folgenden Diisocyanate
spezieller empfohlen: Dicyclohexylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat,
Hexamethylendiisocyanat, Tetramethylxyloldiisocyanat und Tolylendiisocyanat.
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Die
eventuelle Einverleibung von ungesättigten Diisocyanaten ist oben
erwähnt
worden. Solche ungesättigten
Diisocyanate wurden insbesondere beschrieben in "Chemistry and technology of isocyanates,
Henry Ulrich, John Wiley & Sons,
S. 149–151". Im Zusammenhang
der vorliegenden Erfindung werden ungesättigte Diisocyanate, welche
Acrylatfunktionen tragen, verwendet, wie jene, die vertrieben wird
von der Gesellschaft BAYER unter der Bezeichnung ROSKYDAL UAVPLS2337.
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Die
Diamine, welche für
die Stand-der-Technik-Synthese der Polyurethan-Harnstoffe verwendet
werden, können
kurzkettige Diamine (Molekularmasse < 500) oder langkettige Diamine (Molekularmasse ≥ 500) sein.
Deren Natur wird in Abhängigkeit
der mechanischen gewünschten
Eigenschaften für
das gesuchte Polyurethan- Harnstoff-Polymer
gewählt.
Die gemeinsame Verwendung von wenigstens einer kurzen Diaminkette und
wenigstens einer langen Diaminkette ist nicht ausgeschlossen.
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Polyetherdiamine,
wie jene, die vermarktet werden durch die Gesellschaft Huntsman
Corp. unter der Bezeichnung Jeffamine®, Polyoxyalkylendiamine,
können
insbesondere einverleibt werden als langkettige Diamine. Diese Diamine
enthalten an den Enden einer Polyetherkette primäre Aminogruppen. Die Polyetherkette basiert
entweder auf Propylenoxideinheiten (PO) oder auf Ethylenoxideinheiten
(EO) oder auf Propylenoxid- und Ethylenoxideinheiten (PO/EO). Als
Beispiele für
solche Polyetherdiamine können
genannt werden:
- – Polyethylenglycol, das terminiert
ist an seinen zwei Enden durch eine 3-Aminopropylgruppe,
- – Polypropylenglycol,
das terminiert ist an seinen beiden Enden durch eine 2-Aminopropylethergruppe,
- – ein
Polypropylenglycol-Polyethylenglycol-Polypropylenglycol-Block-Copolymer,
das terminiert ist an seinen beiden Enden mit einer 2-Aminopropylethergruppe.
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Als
solche langkettigen Diamine sind jene, deren Molekularmasse zwischen
600 und 2000 liegt, spezieller bevorzugt.
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Als
kurzkettige Diamine können
aliphatische Diamine, Polyetherdiamine von geringer Molekularmasse (< 500) und aromatische
Diamine insbesondere einverleibt werden.
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Folgendes
wird in einer Weise genannt, welche keineswegs begrenzend ist:
als
solche aliphatischen Diamine: Ethylendiamin, Propandiamin, Butandiamin,
Pentandiamin, Hexandiamin, Piperazin, 2,5-Dimethylpiperazin, Bis-(Aminocyclohexylmethan);
als
solche Polyetherdiamine: Polypropylenglycol, das an seinen beiden
Enden terminiert ist durch eine 2-Aminopropylethergruppe, deren
Molekularmasse zwischen 230 und 400 ist;
als solche aromatischen
Diamine: jene, die abgeleitet sind aus Diaminodiphenylmethan, m-Phenylendiamin. Diethyltoluoldiamin
kann auch verwendet werden. Dieses Molekül ist wohlbekannt als eine
Kettenverlängerungseinheit
von Polyurethan-Harnstoffen.
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Gemäß einer
ersten Variante sind die fraglichen ungesättigten linearen Polyurethane
oder Polyurethan-Harnstoffe nicht segmentierte Polymere. Sie resultieren
aus der klassischen Reaktion von wenigstens einem Diisocyanat, wenigstens
einem Diol und gegebenenfalls wenigstens einem Diamin; einem einzelnen
Diol oder mehreren Diolen vom selben Typ bezüglich deren Kettenlänge, einem
einzigen Diamin oder mehreren Diaminen vom selben Typ bezüglich deren
Kettenlänge.
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Im
Zusammenhang mit dieser ersten Ausführung ist (sind) das (die)
Diol(e), welches (welche) einverleibt wird (werden), vorteilhaft
kurzkettige(s) Diol(e). Sehr vorteilhaft sind die ungesättigten
kurzkettigen Diole gemäß der oben
spezifizierten Formeln (I), (Ia), (Ib) oder (Ib1).
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Solche
kurzkettigen, ungesättigten
Diole sind vollständig
in der Lage, mit anderen kurzkettigen Diolen, welche keine ungesättigte Gruppe
tragen und/oder mit Diaminen, welche eine ungesättigte Gruppe tragen (zur Herstellung
von Polyurethan-Harnstoffen),
in ein Gemisch einverleibt zu werden.
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Die
Natur der Diamine, welche verwendet werden können, ist oben spezifiziert
worden. Im vorliegenden Zusammenhang (jener von nicht segmentierten
Polymeren) werden kurzkettige Diamine verwendet.
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Folgendes
kann spezifiziert werden mit Bezug auf andere kurzkettige Diole,
welche keine ungesättigte Gruppe
tragen. Insbesondere können
sie Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol,
Heptandiol, Neopentylglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol,
Tetraethylenglycol, Dipropylenglycol, ein Polyethylenglycol mit
einer Molekularmasse von nicht weniger als 500, ethoxyliertes Dihydroxybisphenol-A,
Bis(hydroxyethyl)hydrochinon sein. Diese Liste ist offensichtlich
nicht erschöpfend.
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Die
nicht segmentierten Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe, welche
erhalten werden mit kurzkettigen Diolen (und Diaminen) besitzen
geeignete mechanische Eigenschaften, welche sie in die Lage versetzen,
effiziente photochrome Beschichtungen zu bilden (insbesondere hinsichtlich
mechanischer Stärke).
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Das
Einverleiben von langkettigen ungesättigten Diolen (optional in
Kombination mit langkettigen Diaminen) ist hingegen ausgeschlossen
aus dem Zusammenhang der ersten Variante. Diese nicht segmentierten
Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe, welche erhalten werden
mit langkettigen Diolen, verfügen
per se nicht über
geeignete mechanische Eigenschaften, aber deren Verwendung, beschichtet
mit einer adäquaten
Schutzbeschichtung, bildet einen Teil des Zusammenhanges der Erfindung.
(Am Ende der Kette) hydroxylfunktionalisiertes Polybutadien, insbesondere
vermarktet von der Firma Aldrich (Molekulargewicht 2400 bis 6200)
wird als Beispiel von solchen langkettigen ungesättigten Diolen genannt.
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Die
Ausdrücke
kurzkettige Diole und langkettige Diole besitzen im vorliegenden
Text den Sinn, welcher allgemein Fachleuten im Zusammenhang mit
Polyurethansynthese bekannt ist.
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Die
Diole, welche als langkettige Diole qualifiziert sind, haben gewöhnlich eine
Molekularmasse zwischen 500 und 10000. Mit Bezug auf die nicht segmentierten
Polymere ist oben ein solches ungesättigtes langkettiges Diol erwähnt worden.
Mit Bezug auf die segmentierten Polymere werden ferner solche langkettigen Diole
vom Polyestertyp oder Polyethertyp erwähnt werden.
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Gemäß einer
zweiten Variante sind die fraglichen linearen Polyurethane oder
Polyurethan-Harnstoffe segmentierte Polymere. Sie resultieren aus:
einer
klassischen Reaktion unter wenigstens einem Diisocyanat und wenigstens
zwei Diolen bezüglich
ihrer Kettenlänge
unterschiedlichen Typs: wenigstens ein kurzkettiges Diol und wenigstens
ein langkettiges Diol (Polyurethane) oder
einer klassischen
Reaktion unter wenigstens einem Diisocyanat, wenigstens einem Diol
und wenigstens einem Diamin, wobei wenigstens zwei von dem (den) Diol(en)
und Diamin(en) mit Bezug auf deren Kettenlänge (Polyurethanharnstoffe)
von unterschiedlichem Typ sind.
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Die
Gegenwart von solchen segmentierten linearen Polyurethanen oder
Polyurethan-Harnstoffen
in den vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
ist spezieller empfohlen.
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Das
(die) kurzkettige(n) Diol(e) (selbst das (die) kurzkettige(n) Diamin(e),
welches (welche) einverleibt sein kann (können)) wird (werden) (die kurzkettigen
Diamine und Diole können
qualifiziert werden als harte Diamine und harte Diole) der endgültigen Matrix
(vernetzte Zusammensetzung, erhalten durch Vernetzen der vernetzbaren
Zusammensetzung) Härte
verleihen, wohingegen das (die) langkettige(n) Diol(e) und/oder
das (die) langkettige(n) Diamin(e) ihr Flexibilität verleihen
wird (werden) (die langkettigen Diamine und Diole können qualifiziert
werden als weiche Diamine und weiche Diole). Es wird daher möglich sein,
sehr interessante Kompromisse bezüglich der mechanischen Eigenschaften
zu erzielen.
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In
solch einem Zusammenhang von Einverleibung von zwei Typen von Diolen
oder von einem Typ von Diol und einem Typ von Diamin wird die gesuchte
ungesättigte
Gruppe vorzugsweise zugeführt
durch kurzkettige Diole.
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Sehr
vorteilhaft besitzen die kurzkettigen Diole die Formeln (I), (Ia),
(Ib) oder (Ib1), die oben spezifiziert sind.
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Langkettige
Diole, das heißt
jene, die gewöhnlich
eine Molekularmasse zwischen 500 und 10000 haben, werden kombiniert
zur Synthese von segmentierten Polyurethanen mit solch kurzkettigen
Diolen. Die Diole haben vorteilhaft eine Molekularmasse zwischen
600 und 6000.
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Die
langkettigen Diole umfassen zum Beispiel Polyetherdiole, Polytetramethylenglycole,
Polyesterdiole und Polycarbonatdiole. Diese Typen von langkettigen
Diolen sind beschrieben in dem "Polyurethane
Handbook", 2nd Edition,
Gunter Oertel, Abschnitt 2.2, Seite 21 und Abschnitt 3.1, Seiten
55–71: "Raw materials/Polyols" und sind dem Fachmann
bestens bekannt.
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An
folgendes kann dennoch beim Thema von ihnen erinnert werden.
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Die
Polyesterdiole werden klassisch erhalten durch eine Polykondensationsreaktion
zwischen Dicarboxylsäuren
und Diolen mit niedriger Molekularmasse. Folgendes kann als Dicarboxylsäure verwendet
werden: die drei Phthalsäuren
(Isomere), Tetrahydrophthalsäure,
Adipinsäure,
Succinsäure.
Benutzt werden kann auch ein Anhydrid solcher Säuren. Folgendes kann verwendet
werden als Diole mit niedriger Molmasse: Ethylenglycol, Propylenglycol,
Butandiol, Hexandiol, Heptandiol, Diethylenglycol, Triethylenglycol,
Tetraethylenglycol, Dipropylenglycol, ethoxyliertes Dihydroxybisphenol
A, Bis(hydroxyethyl)hydrochinon. Die oben angegebenen Listen sind
offensichtlich nicht erschöpfend.
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Die
Polyesterdiole können
auch erhalten werden durch Polymerisation eines Lactons nach Öffnen des Rings
des Lactons in Gegenwart eines Starters, nämlich eines Diols. Lactonbeispiele
sind Caprolacton, Propiolacton und Butyrolacton. Hydroxysäuren wie
Hydroxycapronsäure
und Dimethylolpropionsäure
können
auch als Ausgangsprodukte für
die Herstellung solcher Polyesterdiole verwendet werden. Solch bevorzugte
Polyesterdiole sind Polycaprolactondiole. Sie werden insbesondere
vermarktet unter der Bezeichnung Interox CAPA® Polycaprolactonpolyol
durch die Firma SOLVAY. Deren Molekularmasse ist vorteilhaft zwischen
550 und 4000. Sehr vorteilhaft ist sie etwa 1000.
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Besondere
Polyesterdiole vom Polycarbonatdioltyp sind genannt worden. Sie
werden erhalten durch Polykondensation eines Diols und Phosgen oder
durch Transesterifizierung von Diolen mit Carbonaten wie Diphenylcarbonat.
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Die
Polyetherdiole umfassen insbesondere zahlreiche Polyoxyalkylenpolyole.
Diese letzteren Verbindungen können
hergestellt werden durch Kondensation eines Alkylenoxids und eines
mehrbasigen Starters oder eines Gemisches solcher Starter wie Ethylenglycol,
Propylenglycol. Das Alkylenoxid besteht zum Beispiel aus Ethylenoxid,
Propylenoxid, Butylenoxid. Propylenoxid und Ethylenoxid sind die
am meisten verwendeten Oxide. Bei alternativer Verwendung von Ethylenoxid
und Propylenoxid wird ein Polyether mit verschiedenen Blöcken in
seiner Kette hergestellt.
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Beispiele
von Polyoxyalkylenpolyolen sind Polyethylenglycol und Polypropylenglycol.
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Ein
anderes Polyetherdiol, welches für
die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, ist polyethoxyliertes
Polyolbisphenol A, vermarktet unter der Handelsbezeichnung Dianol® durch
die Firma AKZO.
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Spezielle
Polyetherdiole, die Polytetramethylenglycole, sind oben genannt
worden. Sie werden erhalten durch kationische Polymerisation von
Tetrahydrofuran. Sie werden insbesondere vermarktet unter der Handelsbezeichnung
Terathane® durch
die Firma DuPont mit Molmassen von 500 bis 10000. Im Zusammenhang der
Erfindung werden sie vorteilhaft verwendet mit Molmassen zwischen
1000 und 2000, sehr vorteilhaft mit einer Molmasse von 1000.
-
Zur
Synthese von segmentierten Polyurethan-Harnstoffen werden die langkettigen
oben spezifizierten Diole und/oder langkettigen Diamine vorteilhaft
kombiniert mit solchen kurzkettigen Diolen. Es ist oben erkannt worden
im vorliegenden Text, daß es
insbesondere Polyetherdiamine sein können.
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Gemäß bevorzugten
Varianten der Erfindung werden die segmentierten Polymere (PU, PU-Harnstoff) erhalten:
durch
Reaktion von:
wenigstens einem kurzkettigen Diol mit Formel
(I),
wenigstens einem langkettigen Diol vom Polyestertyp oder
Polyethertyp,
optional wenigstens einem Diamin (mit kurzer
oder langer Kette) und
wenigstens einem Diisocyanat,
oder
durch Reaktion von:
wenigstens einem kurzkettigen Diol mit
Formel (I),
wenigstens einem langkettigen Diamin und
wenigstens
einem Diisocyanat.
-
Die
Synthese der ungesättigten
linearen Polyurethane und Polyurethan-Harnstoffe wird in klassischer Weise
ausgeführt.
-
Für die nicht
segmentierten Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe läßt man die
beiden oder drei Typen von fraglichen Reagenzien reagieren: Diol(e)
+ Diisocyanat(e) + optional Diamin(e). Für die segmentierten Polyurethane
oder Polyurethan-Harnstoffe läßt man die
verschiedenen Typen von fraglichen Reagenzien reagieren: kurzkettige
Diol(e) + optional langkettige Diol(e) + optional Diamin(e) + Diisocyanat(e).
Die Reaktion kann implementiert werden in einem einzigen Schritt
(die verschiedenen Typen von Reagenzien werden gemischt und reagieren
gelassen) oder gemäß der bekannten
Technik, die als Vorpolymerisation bekannt ist, das heißt in zwei
Schritten.
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Diese
zweite Technik zur Synthese von Polyurethanen und Polyurethan-Harnstoffen
ist insbesondere beschrieben in "Polyurethane
Handbook", zweite
Auflage, Gunter Oertel, S. 26–27.
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Die
zweite Synthesetechnik ist sequentiell und erfordert einen Überschuß von einem
der (Typen von) Reagenzien: Diisocyanat, Diol, optional Diamin.
Die Technik ermöglicht
durch sorgfältige
Wahl des Molverhältnisses
der Reagenzien: Alkohol(e), Amin(e), Isocyanat(e), die Herstellung,
zuerst eines Vorpolymers, welches terminiert ist entweder durch
eine Isocyanatfunktion oder durch eine Alkohol- oder Aminfunktion.
Als zweites wird das Vorpolymer reagieren gelassen.
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Die
zweite Synthesetechnik ist besonders interessant zu implementieren.
Sie ermöglicht
es:
Polymere zu erhalten, welche von geringer Molekularmassenverteilung
sind und welche frei von Ausgangsreagenzien sind,
den Kontakt
mit Isocyanatmonomeren bei dem Umwandlungsvorgang zu verhindern,
die
vollständige
Reaktion von Polyolen mit niedriger Reaktivität, selbst in Abwesenheit von
Katalysator und ermöglicht
es daher, die gesuchten segmentierten Strukturen zu erhalten.
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Ähnlich,
selbst im Fall von gemeinsamer Verwendung von Diol(en) und Diamin(en),
welche unterschiedliche Reaktivität besitzen, ermöglicht sie
es, die gesuchten segmentierten Strukturen zu erhalten.
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Die
Synthese der ungesättigten,
linearen Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe wird vorteilhaft implementiert
mit Reagenzien, die in Mengen einverleibt werden, derart, daß die Anzahl
von NCO-Funktionen/Anzahl labiler Wasserstoffunktionen (OH und NH2) im Verhältnis nahe 1 ist. Das Verhältnis muß vorteilhaft zwischen
0,9 und 1,2 liegen.
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Die
ungesättigten
Polyurethane oder Polyurethan-Harnstoffe, welche in die Zusammensetzung
der vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung eintreten,
haben vorteilhaft ein vernünftiges Molekulargewicht,
welches nicht exzessiv ist, so daß das zu vernetzende Gemisch
vernünftige
nicht exzessive Viskosität
hat.
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Wenn
notwendig, wird das Molekulargewicht der ungesättigten, linearen Polyurethane
oder Polyurethan-Harnstoffe kontrolliert oder begrenzt bei deren
Synthese. Zu diesem Zweck ist es geeignet, in einer kontrollierten
Menge wenigstens ein monofunktionales Reagenz vom Monoalkoholtyp
oder Monoisocyanattyp einzuverleiben. Solch ein monofunktionales
Reagenz wirkt als ein Kettenterminierungsmittel. Solch ein monofunktionales
Reagenz kann ungesättigt
oder nicht ungesättigt
sein. Monofunktionale Alkohole, welche einverleibt werden können, bestehen
aus Monohydroxyalkyl-, Cycloalkyl oder Aryl-Verbindungen. Ester
von Mono(meth)acryldiolen können
auch verwendet werden wie zum Beispiel: Hydroxyethyl(meth)acrylat,
Hydroxypropyl(meth)acrylat. Solch ein monofunktionales Reagenz kann
einverleibt werden direkt vom Anfang der Synthese an oder während ihrer.
Wenn die Synthese in zwei Schritten implementiert wird (gemäß der als
Vorpolymerisation bekannten Technik), wird es tatsächlich notwendigerweise
bei dem zweiten Schritt einverleibt.
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Monofunktionale
Isocyanate, welche verwendet werden können, umfassen Ethylisocyanatomethacrylat,
Isopropenyldimethylbenzylisocyanat, Cyclohexylisocyanat und Phenylisocyanat.
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Die
Natur und der Erhalt des linearen Polymers vom ungesättigten
Polyurethan-Typ oder Polyurethan-Harnstoff-Typ ist oben spezifiziert
worden, welches Polymer das Grundelement der vernetzbaren photochromen
Zusammensetzungen der Erfindung bildet, wobei diese Zusammensetzungen
als Vorläufer
von sehr effizienten photochromen Beschichtungen auftreten.
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Das
Polymer kann auf sich selbst vernetzt werden, um die photochrome
Verbindung(en) in der Matrix einzuverleiben, die aus seiner Vernetzung
resultiert.
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Gemäß der ersten
Ausführung
enthalten die vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
keine "Vernetzungspartner" mit dem Polymer.
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Gemäß einer
zweiten Variante, welche bevorzugt ist, umfassen die photochromen
Zusammensetzungen der Erfindung wenigstens einen solchen "Vernetzungspartner". Der "Vernetzungspartner" besteht vorteilhaft
aus einem ungesättigten
Monomer, welches vorteilhaft besteht aus einem solchen ungesättigten
Monomer vom (Meth)Acryl-Typ. Solch ein (Meth)acrylat kann mono-,
di-, tri-, tetra-, penta- oder hexafunktional sein. Es besteht vorteilhaft
aus Methyl-, Ethyl-, Butyl-, Ethylhexyl-, Cyclohexyl-, Benzyl-,
Isobornyl-, Lauryl(meth)acrylaten; Ethylenglycol-, Butandiol-, Hexandiol-,
Di-, Tri-, Tetraethylenglycol-Di(meth)acrylaten; Trimethylolpropantriacrylat,
trimethylolethoxyliertes Propantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltri-
oder Tetra(meth)acrylat; Neopentylglycol, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol,
Polybutylenglycol-Di(meth)acrylaten und Gemischen davon.
-
Die
aromatischen Vinylmonomere wie Styrol, Alpha-Methylstyrol, Vinyltoluol,
tert.-Butylstyrol, Divinylbenzol und Diisopropenylbenzol können auch
einverleibt werden in die photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
als Vernetzungspartner.
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Die
Di(meth)acrylatmonomere und spezieller jene vom Polyalkylenglycol-Di(meth)acrylat-Typ
sind deutlich bevorzugt als solche Partner. Diese Polyalkylengiycol-Di(meth)acrylate
sind vorteilhaft von der nachfolgenden Formel:
in welcher:
jedes
R
1 unabhängig
Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist;
x, y und z unabhängig eine
Zahl zwischen 0 und weniger als 15 sind, mit 3 < x + y + z < 15.
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Die
vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung, welche
Matrixvorläufer
sind (die vernetzten Zusammensetzungen), welche insbesondere als
photochrome Beschichtungen interessant sind, enthalten daher:
wenigstens
ein lineares Polymer vom ungesättigten
Polyurethan-Typ oder Polyurethan-Harnstoff-Typ,
eine wirksame
Menge wenigstens einer photochromen organischen Verbindung,
optional
wenigstens ein ungesättigtes
Monomer.
-
Das
(die) ungesättigte(n)
Monomer(e), wenn es (sie) verwendet wird (werden), ist (sind) allgemein
vorliegend in einem Gewichtsverhältnis:
ungesättigte(s)
lineare(s) Polyurethan(e) oder Polyurethan-Harnstoff(e)/ungesättigte(s)
Monomer(e) zwischen 90:10 und 10:90.
-
Die
vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung sind weiterhin
in der Lage, ein inertes Lösungsmittel
und/oder einen Radikalpolymerisationsstarter und/oder verschiedene
Zusätze
zu enthalten.
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Das
Einverleiben dieser unterschiedlichen Typen von Verbindungen ist
nicht obligatorisch.
-
Folgendes
kann bezüglich
des Lösungsmittels
spezifiziert werden.
-
Ihr
Einverleiben wird ausgeschlossen, wenn die Zusammensetzung in Form
eines Pulvers (pulverförmiges,
ungesättigtes,
lineares PU- oder PU-Harnstoffpolymer + gepulverte photochrome Verbindung)
vorliegt, wobei das Pulver z.B. geschmolzen ist auf das Substrat,
das mit der photochromen Beschichtung der Erfindung beschichtet
werden soll.
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Ihr
Einverleiben (in Bezug auf die Viskosität der fraglichen Zusammensetzung)
kann überflüssig sein, wenn
die Zusammensetzung selbst adäquate
Viskosität
hat. Das ungesättigte,
lineare Polyurethan oder Polyurethan-Harnstoff kann tatsächlich die
geeignete Viskosität
haben oder das ungesättigte
Monomer, das einverleibt ist, kann die Lösungsmittelrolle spielen.
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Sein
Einverleiben kann geeignet, in bestimmten Zusammenhängen sogar
unabdinglich sein. Folgendes kann in nicht erschöpfender Weise als potentielles
Lösungsmittel
genannt werden: Toluol, N-Methylpyrrolidon, Cyclohexanon, Propylenglycolmethyletheracetat,
Ethylacetat, Butylacetat, Methylethylketon, Methylisobutylketon,
Tetrahydrofuran, Erdöldestillate.
-
Folgendes
kann mit Bezug auf den Radikalpolymerisationsstarter spezifiziert
werden.
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Sein
Einverleiben ist nicht notwendig, wenn das Vernetzen durch einen
Elektronenstrahl ausgeführt wird.
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Wenn
das Vernetzen vom Wärmepolymerisationstyp,
vom Photopolymerisationstyp oder vom gemischten Wärmepolymerisations-/Photopolymerisationstyp
ist, ist es notwendig, wenigstens einen Typ von Radikalpolymerisationsstarter
in die polymerisierbaren Zusammensetzungen der Erfindung einzuverleiben.
Der (die) Starter wird (werden) vorteilhaft in einer wirksamen nicht überschüssigen Menge
einverleibt. Solch eine Menge ist im allgemeinen zwischen 0,01 und
10 Gewichtsprozent (allgemeiner zwischen 0,01 und 5 Gewichtsprozent)
des Gewichts von Polymer(en) + optional Monomer(en), die zu vernetzen
sind.
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Die
Verwendung von Startern, die keine schädliche Wirkung auf die vorliegenden
photochromen Verbindungen ausüben,
ist bevorzugt.
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Peroxid-
und Azobis(organonitril)-Verbindungen, die in der Anmeldung
WO-A-01 02 449 genannt
sind, können
in einer Weise genannt werden, welche keineswegs begrenzend ist,
als Wärmepolymerisationsstarter, welche
in die Zusammensetzungen der Erfindung einverleibt werden können. Spezieller
sind die Azobis(organonitril)e bevorzugt und spezieller 1,1'-Azobiscyclohexancarbonitril,
Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2,4-Dimethylpentannitril)
und Azobis(2,4-Dimethylvaleronitril).
-
Die
in der Anmeldung
WO-A-01
02 449 aufgelisteten Photostarter können in einer Weise genannt
werden, welche keineswegs begrenzend ist, als Photopolymerisationsstarter,
welche in die Verbindungen der Erfindung einverleibt werden können. Spezieller
sind Acryloxide und Bisacrylphosphinoxide bevorzugt. Insbesondere
wird der Photostarter IRGACURE 819, vermarktet von der Gesellschaft
CIBA-GEIGY, bevorzugt.
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Die
Radikalpolymerisation, welche implementiert wird unter der Wirkung
von Hitze und/oder Licht wird unter klassischen Bedingungen gemacht,
welche anzupassen sind an die Natur der vorliegenden Polymere/Monomere.
-
Mit
Bezug auf die verschiedenen Zusätze,
welche in die vernetzbaren Zusammensetzungen der Erfindung einverleibt
werden können,
kann schließlich
folgendes spezifiziert werden. Sie können von verschiedener Natur
sein. Sie können
insbesondere Antioxidantien, Lichtstabilisatoren, Adhäsionspromotoren,
Oberflächennivilliermittel
sein.
-
Die
neuen vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
wie oben definiert können nach
Vernetzen vernetzte photochrome Zusammensetzungen erzeugen, welche
einen anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden und welche
wie oben angezeigt besonders effiziente photochrome Zusammensetzungen
von Substraten oder photochrome Linsen bilden können, welche ihrerseits besonders
effizient sind. Um solche Linsen zu erhalten, werden die neuen vernetzbaren
photochromen Zusammensetzungen der Erfindung, welche lösungsmittelfrei
sind, klassisch gegossen oder eingespritzt in eine geeignete Form.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft daher auch die vernetzten photochromen
Zusammensetzungen, die Substrate, welche beschichtet sind mit solchen
vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen und welche vernetzt
sind und die photochromen Linsen, welche auf den vernetzten photochromen
Zusammensetzungen beruhen.
-
Solche
Substrate können
von verschiedenen Typen sein, insbesondere aus Glas, aus Holz, aus
Beton, aus Plastik. Solche Substrate sind bevorzugt aus organischem
Polymer von optischer Qualität,
wie insbesondere Substrate aus Polyurethan, Polythiourethan, Polyurethan-Harnstoff,
Polythiourethan-Harnstoff, Polyester, Polycarbonat, Poly(meth)acrylat,
Polydiethylenglycolbisallylcarbonat.
-
Wenn
sie auf den Substraten sind, sind die vernetzbaren photochromen
Zusammensetzungen der Erfindung in der Lage, vernetzte photochrome
effiziente Beschichtungen von verschiedenen Dicken und insbesondere
von hoher Dicke, größer als
20 μm, zu
erzeugen.
-
Mit
den vernetzbaren Zusammensetzungen der Erfindung werden solche Beschichtungen
leicht optimiert hinsichtlich Dicke und Konzentration von photochromer
Verbindung (photochromen Verbindungen).
-
Diese
Beschichtungen und diese beschichteten Substrate können ohne
jegliches spezielle Problem erhalten werden.
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Allgemein
werden die Substrate so oberflächebehandelt,
daß die
Adhäsion
an der Oberfläche
der Beschichtung erleichtert ist. Dieser Behandlungstyp ist dem
Fachmann vertraut. Die Oberfläche
einer Polymerlinse kann daher chemisch behandelt werden (Alkalibehandlung),
sie kann gereinigt werden mit Ultraschall oder Plasmabehandlungen
unterzogen werden. Weiterhin kann auch eine Adhäsivunterbeschichtung, bekannt als
Adhäsivprimer,
einverleibt werden auf die behandelte Oberfläche.
-
Die
Substrate, welche bevorzugt behandelt werden, werden dann beschichtet
mit den vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen der Erfindung
durch Implementieren der konventionellen Beschichtungstechniken,
Spin-Beschichtung, Spray-Beschichtung, Tauchbeschichtung und Vorhangbeschichtung.
-
Die
beschichteten Substrate werden dann behandelt, thermisch und/oder
durch Bestrahlung, so daß ihre
vernetzbare Beschichtung vernetzt wird. Sie werden so mit den vernetzten
photochromen Zusammensetzungen beschichtet erhalten.
-
Die
Verschleißbeständigkeit
solcher photochromer Beschichtungen, welche erhalten werden aus
den ursprünglichen
vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen (erster Gegenstand der
Erfindung), kann verbessert werden durch Auftragen einer harten,
transparenten Schutzschicht auf die Beschichtungen. Sie kann insbesondere
eine Schutzschicht sein wie beschrieben in
US-A-3,971,872 . Solch eine
Schutzschicht kann Färbemittel
und/oder UV-Absorber enthalten. Sie schützt daher die Beschichtung
sowohl vor mechanischen Angriffen als auch vor Licht.
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Gemäß dem letzten
Gegenstand betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung der neuen vernetzbaren photochromen Zusammensetzungen,
welche neuen Zusammensetzungen den ersten Gegenstand der Erfindung
bilden. Das Verfahren umfaßt
Mischen von:
wenigstens einem linearen Polymer vom Polyurethan-Typ
oder Polyurethan-Harnstoff-Typ,
wobei wenigstens eine seine Kette bildenden Einheiten, welche eine
nicht terminale Einheit ist, wenigstens eine ungesättigte Gruppe
umfaßt,
vorteilhaft vom (Meth)Acryltyp, mit
einer wirksamen Menge von
wenigstens einer photochromen organischen Verbindung, vorteilhaft
gewählt
aus Spiroxazinen, Chromenen, Spiropyranen, Fulgiden und Fulgimiden
und
optional mit wenigstens einem ungesättigten Monomer, vorteilhaft
vom mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, oder hexafunktionalen (Meth)Acrylattyp,
optional
mit einer wirksamen Menge von wenigstens einem Radikalpolymerisationsstarter
und
optional mit einer wirksamen Menge eines inerten Lösungsmittels.
-
Jedes
der oben aufgelisteten Reagenzien ist oben im vorliegenden Text
detailliert beschrieben.
-
Die
vorliegende Erfindung wird unter verschiedenen Aspekten durch die
nachfolgenden Beispiele veranschaulicht (kreuznetzbare und kreuzvernetzte
photochrome Zusammensetzungen, Erhalt und Verwendung).
-
BEISPIELE
-
Verwendete Abkürzungen:
-
- HQME: Hydrochinonmonoethylether
- CR173: eine photochrome Verbindung mit folgender Formel:
- NMP: N-Methylpyrrolidinon
- HEMA: 2-Hydroxyethylmethacrylat
- BAGDA: Bisphenol-A-Glycerolat-Diacrylat (1 Glycerin/Phenol)
- Terathane® 1000:
Polytetrahydrofuran, lineares, geradkettiges Polymer mit Molekularmasse
um 1000
- PEG(550)DMA: Poly(ethylenglycol)dimethacrylat Molekularmasse
um 550
- PEG(875)DMA: Poly(ethylenglycol)dimethacrylat Molekularmasse
um 875
- BPA(40E)DMA: Ethoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat (4OE/Phenol)
- DBTL: Dibutylzinndilaurat
- Desmodur W: Dicyclohexylmethandiisocyanat (Bayer)
- Vazo 52 oder ADVN: 2,2'-Azobis(2,4-Dimethylpentannitril)
(Akzo) VPLS236: lineares Polycarbonatdiol, Molekularmasse 1000 (Bayer)
- DPEPHA: Dipentaerythritol-Penta/Hexaacrylat
- Tinuvin 765®:
ein Gemisch von Bis(1,2,6,6-Pentamethyl-4-Piperidyl)-Sebacat und
Methyl-1,2,6,6-Pentamethyl-4-Piperidylsebacat (Ciba).
-
BEISPIEL 1
-
Herstellung einer vernetzbaren, photochromen
Zusammensetzung der Erfindung (nicht segmentiert, ungesättigt, PU-basiert,
mit Vernetzungspartner) und ihre Vernetzung.
-
Zusammensetzung A:
-
- 0,2 g HQME, 151,28 g BAGDA und 441,62 g PEG(875)DMA werden
eingeführt
in einen thermostatischen 1-Liter-Glasreaktor, ausgerüstet mit
einem Rührer,
einem Thermometer, einem Tropftrichter und einer Trockenluftspülung. Das
Gemisch wird bei 60°C
unter Stickstoff gerührt,
bis eine homogene Lösung
erhalten wird. 10 Tropfen DBTL werden dann zugegeben.
-
Nach
vollständiger
Homogenität
werden 81,8 g Desmodur W zugegeben und das Harzgemisch wird unter
Rühren
bei 60°C
für 4 Stunden
gehalten. Schließlich
wird das erhaltene Harzgemisch gekühlt auf Umgebungstemperatur.
-
Zusammensetzung B:
-
- 1,52 g CR 173 und 0,28 g ADVN werden gelöst in 8 g N-Methylpyrrolidon
NMP.
-
Zusammensetzung C:
-
- 20 g von Zusammensetzung A werden gemischt mit 4,9 g PEG(875)DMA
und der Zusammensetzung B.
-
Das
erhaltene Gemisch läßt man bei
Umgebungstemperatur stehen, um jegliche Blasen zu entfernen. Ein
CR 39 Linsenrohling (Polydiethylenglycol-bis-Allylcarbonat) wurde
vorher hydrolysiert mit einer Lösung
von 15 Masseprozent Natriumhydroxid für 15 Minuten bei 20°C.
-
Die
Linse ist beschichtet ("Spin-beschichtet" bei 2500 U/min für 7 Sekunden
mit einer Beschleunigung von 1000 U/min/sek) mit der Zusammensetzung
C der Erfindung.
-
Die
beschichtete Linse wird dann schnell in eine Kammer eingeführt, welche
ausgerüstet
ist mit einem transparenten Fenster, und einem Durchlauf mit trockenem
Stickstoff (20 l/min) für
3 Minuten unterzogen und dann einer Infrarot-Bestrahlung ausgesetzt
(500 W) für
6 Minuten. Die Beschichtung hat eine Dicke von 40 μm.
-
BEISPIEL 2
-
Herstellung einer vernetzbaren, photochromen
Zusammensetzung der Erfindung (nicht segmentiert, ungesättigt, PU-basiert,
ohne Vernetzungspartner) und ihre Vernetzung.
-
Zusammensetzung A:
-
- 0,25 g HQME, 61,7 g Terathane 1000, 61,7 g BAGDA und 166,5
g Cyclopentanon werden eingeführt
in einen thermostatischen 1-Liter-Glasreaktor, ausgerüstet mit
einem Rührer,
einem Thermometer, einem Tropftrichter und einer Trockenluftspülung. Das
Gemisch wird gerührt
bei 60°C
unter Stickstoff bis eine homogene Lösung erhalten wird. 10 Tropfen
DBTL werden dann zugegeben.
-
Nach
vollständiger
Homogenität
werden 49,44 g Desmodur W zugegeben und das Harzgemisch wird unter
Rühren
bei 60°C
für 4 Stunden
gehalten. 6,63 g CR 173 werden dann gelöst unter Rühren in dem Gemisch. Schließlich wird
das erhaltene Harzgemisch gekühlt
auf Umgebungstemperatur.
-
Zusammensetzung B:
-
- 100 g Zusammensetzung A werden gemischt mit 0,72 g Cyclopentanon
und 0,36 g ADVN.
-
Das
erhaltene Gemisch läßt man bei
Umgebungstemperatur stehen, um jegliche Blasen zu entfernen. Ein
CR 39 Linsenrohling (Polydiethylenglycol-bis-Allylcarbonat) wurde
vorher hydrolysiert mit einer Lösung
von 15 Masseprozent Natriumhydroxid für 15 Minuten bei 20°C.
-
Die
Linse wird beschichtet ("Spin-beschichtet" bei 1000 U/min für 99 Sekunden
mit einer Beschleunigung von 1000 U/min/sek) mit der Zusammensetzung
B der Erfindung.
-
Die
beschichtete Linse wird dann schnell in eine Kammer eingeführt, welche
ausgerüstet
ist mit einem infrarottransparenten Fenster, und einem Durchlauf
mit trockenem Stickstoff (20 l/min) für 3 Minuten unterzogen und
dann einer Infrarot-Bestrahlung
(500 W) für
6 Minuten ausgesetzt. Die Beschichtung hat eine Dicke von 40 μm.
-
BEISPIEL 3
-
Herstellung einer vernetzbaren photochromen
Zusammensetzung der Erfindung (segmentiert, ungesättigt, PU-basiert,
mit Vernetzungspartner) und ihre Vernetzung.
-
Zusammensetzung A:
-
- 0,216 g HQME und 76,7 g NMP wurden eingeführt in einen
thermostatischen 1-Liter-Glasreaktor,
ausgerüstet mit
einem Rührer,
einem Thermometer, einem Tropftrichter und einer Trockenluftspülung. Das
Gemisch wurde unter Rühren
bis zum vollständigen
Lösen der
Verbindungen gehalten.
-
Nach
vollständigem
Lösen wurden
13,28 g HEMA, 105,9 g BAGDA, 109,32 g Tetrathane 1000, 90 g PEG(550)DMA
und 10 Tropfen DBTL zugegeben. Das Gemisch wurde bei 60°C unter trockener
Luft, bis eine homogene Lösung
erhalten wurde gerührt.
-
Nach
vollständiger
Homogenität
wurden über
eine Stunde 98,46 g Desmodur W zugegeben, und dann wurde das Harzgemisch
unter Rühren
für 1 Stunde
bei 70°C
gehalten. 7,66 g CR173 wurden dann gelöst unter Rühren. Das Rühren wurde fortgesetzt bis
zum Entfernen von jeglichem Feststoff. Schließlich wurde das erhaltene Harzgemisch
dann auf Umgebungstemperatur gekühlt.
-
Zusammensetzung B:
-
- 0,45 g ADVN werden gelöst
in 10,54 g NMP.
-
Zusammensetzung C:
-
Die
folgenden Materialien werden zusammengemischt bei Raumtemperatur
für 1 Stunde:
Produkte | Masse
(Gramm) |
Zusammensetzung
A | 60 |
Zusammensetzung
B | 11 |
-
Das
erhaltene Gemisch läßt man bei
Umgebungstemperatur stehen, um jegliche Blasen zu entfernen.
-
Ein
CR39 Linsenrohling (Polydiethylenglycol-bis-Allylcarbonat) wurde
zuvor hydrolysiert mit einer Lösung
von 15 Masseprozent Natriumhydroxid für 15 Minuten bei 20°C. Die Linse
wurde dann sorgfältig
gewaschen mit entmineralisiertem Wasser vor der Beschichtung. Die
oberflächenbehandelte
Linse wurde schließlich
mit der Zusammensetzung C der Erfindung durch Implementieren der
Spin-Beschichtungstechnik
bei 1500 U/min für
7 Sekunden mit einer Beschleunigung von 1000 U/min/sek beschichtet.
-
Die
beschichtete Linse wird dann eingeführt in eine Kammer, die mit
einem Fenster ausgerüstet
ist, welches infrarottransparent ist, und die Kammer wird einer
Spülung
mit trockenem Stickstoff (20 l/min) für 3 Minuten unterzogen, und
dann Infrarot-Bestrahlung
(500 W) für
5 Minuten ausgesetzt.
-
Die
erhaltene Beschichtung ist 40 μm
dick und unempfindlich gegenüber
gewöhnlichen
Lösungsmitteln
wie Ethylalkohol, Ethylacetat und Aceton.
-
BEISPIEL 4
-
Die
Vorgänge
sind identisch zu jenen in Beispiel 3 beschriebenen, außer, daß Terathane® 1000
ersetzt wurde durch eine gleiche Menge von VP LS 236.
-
BEISPIEL 5
-
Die
Vorgänge
sind identisch zu jenen in Beispiel 4 beschriebenen, außer, daß PEG(550)DMA
ersetzt wurde durch eine gleiche Menge von PEG(875)DMA.
-
BEISPIEL 6
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Herstellung einer vernetzbaren, photochromen
Zusammensetzung der Erfindung (nicht segmentiert, ungesättigt, PU-basiert,
mit Vernetzungspartner) und ihre Vernetzung.
-
Zusammensetzung A:
-
- 0,18 g HQME, 80 g NMP werden eingeführt in einen thermostatischen
1-Liter-Glasreaktor,
ausgerüstet
mit einem Rührer,
einem Thermometer, einem Tropftrichter und einer Spülung mit
trockenem Stickstoff. Das Gemisch wird unter Rühren gehalten bis zum vollständigen lösen der
Verbindungen. Nach vollständigem
Lösen wurden
88,25 g BAGDA, 91,1 g Terathane® 1000,
75 g PEG(875)DMA, 10,85 g HEMA und 10 Tropfen DBTL zugegeben. Das
Gemisch wurde gerührt
bei 60°C
unter trockener Luft bis eine homogene Lösung erhalten wurde.
-
Nach
vollständiger
Homogenität
werden 81,8 g Desmodur W zugegeben über 20–30 Minuten und das Harzgemisch
wird unter Rühren
bei 60°C
für 4 Stunden
gehalten. 5 ml MeOH wurden dann dreimal zugegeben, wobei das Gemisch
für 15
Minuten gerührt
wird zwischen jeder MeOH-Zugabe. Die Abwesenheit von NCO wurde überprüft durch
Infrarot-(FTIR)-Analyse. Das erhaltene Harzgemisch wurde schließlich auf
Raumtemperatur gekühlt
und wurde gelagert.
-
Zusammensetzung B:
-
- 1 g ADVN wurde gelöst
in 2,1 g NMP.
-
Zusammensetzung C:
-
Die
folgenden Materialien wurden zugefügt in der unten aufgelisteten
Reihenfolge und wurden gemischt bei Raumtemperatur bis kein Feststoff
verlieb.
Produkte | Gewicht
(Gramm) |
CR173 | 0,639 |
NMP | 3,68 |
Tinuvin
765® | 0,695 |
DPEPHA | 1,8 |
-
Zusammensetzung D:
-
- 42,74 g von Zusammensetzung A wurden zugegeben zu der obigen
Zusammensetzung C und wurden sorgfältig gemischt bis zur vollständigen Homogenität.
-
Nach
vollständiger
Homogenität
wurde 1,01 g der Zusammensetzung B zugegeben. Das erhaltene Gemisch
ließ man
stehen bei Raumtemperatur, um jegliche Blasen zu entfernen.
-
HERSTELLUNG DER LINSE
-
Eine
Polycarbonat-Linse (SOLA), beschichtet mit einer Schutzbeschichtung
vom Sol-Gel-Typ,
wurde in eine wäßrige Lösung von
Natriumhydroxid für
45 Sekunden bei 45°C
getaucht und dann gespült
mit entionisiertem Wasser. Der Linsenrohkörper, der so erhalten ist,
wird vorbehandelt durch Abscheiden auf seiner Oberfläche von
einer geeigneten Menge von Adhäsions-fördernder
Lösung
(Zusammensetzung E unten), wobei die Abscheidung durch die Spin-Beschichtungstechnik
ausgeführt
wird.
-
Zusammensetzung E (adhäsionsfördernde Lösung):
-
- 96 g 2-Butanon werden gemischt mit 4 g einer 50%-Lösung von
N-[3-(Trimethoxysilyl)Propyl]Polyethylenimin-Hydrochlorid
in 2-Propanol.
-
Die
vorbehandelte Linse wird beschichtet (Spin-Beschichtung bei 2500
U/min für
7 Sekunden mit einer Beschleunigung von 1000 U/min/sek) mit der
Zusammensetzung D der Erfindung.
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Die
beschichtete Linse wird dann schnell eingeführt in eine Kammer, die ausgerüstet ist
mit einem Fenster, welches für
Infrarot transparent ist, und die Kammer wird einem Durchlauf mit
trockenem Stickstoff (20 l/min) für 3 Minuten unterzogen und
dann einer Infrarot-Bestrahlung (500W) für 6 Minuten ausgesetzt. Die Beschichtung
hat eine Dicke von 100 μm.
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ADHASIONSTESTEN
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Die
Adhäsion
der Beschichtung der Erfindung auf der Linse wurde getestet in Übereinstimmung
mit dem als Klebeband-Testmethode bekannten Testverfahren gemäß dem Standard
ASTM D3359-97. Die Adhäsion
in Übereinstimmung
mit dem Standard ist 58 mit 0% Entfernung.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Eine
Methacrylbeschichtungsharzzusammensetzung (welche daher kein Polyurethan
ist) wurde durch Mischen der folgenden Produkte hergestellt. Dieselbe
photochrome Beschichtung wird einverleibt in einer identischen Menge.
Das implementierte Verfahren ist dasselbe.
Produkte | Gewicht
(Gramm) |
NMP | 5,00 |
CR173 | 2,00 |
Vazo
52 | 0,63 |
PEG(550)DMA | 18,5 |
BPA(4EO)DMA | 31,52 |
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Das
Harz wurde aufgetragen durch Spin-Beschichtung bei 1500 U/min für 7 Sekunden
auf eine CR39-Linse, hergestellt wie in den Beispielen 1 bis 3 der
Erfindung.
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Die
beschichtete Linse wurde gereift in der in Teil D, S. 37 von
WO-A-01 02 449 genannten
Weise.
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Die
erhaltene Beschichtung ist 15 μm
dick.
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Die
Eigenschaften der Beschichtungen der Erfindung, erhalten gemäß den obigen
Beispielen, sind in der Tabelle 1 unten angezeigt oder benannt. Tabelle I
Probe | %
der photochromer Verbindung in der Beschichtung (Masseprozent) | Beschichtungsdicke
(μm) |
Beispiel
1 | 3,6 | 40 |
Beispiel
2 | 3,7 | 40 |
Beispiel
3 | 1,8 | 40 |
Beispiel
4 | 1,8 | 35 |
Beispiel
5 | 1,8 | 40 |
Beispiel
6 | 1,7 | 100 |
Vergleichsbeispiel
1 | 3,8 | 15 |
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Die
photochromen Eigenschaften der Beschichtungen sind unten angegeben.
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MESSUNG PHOTOCHROMER EIGENSCHAFTEN
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Die
optische Transmission zwischen 190 und 900 nm wird gemessen für jede Probe
im Lichtzustand (T0) und im Dunkelzustand (TD15) nach 15 Minuten
Aussetzen unter einer gefilterten Xenon-Quelle (Verteilung nahe
60% AM2) bei 22°C.
Das Licht wurde ausgeschaltet und die Transmission wurde gemessen
nach 1, 5 und 60 Minuten Verblassen, welche Transmission wurde jeweils
notiert als TF1, TF5 und TF60. Das prozentuale Verblassen nach 1
und 5 Minuten, wurde jeweils notiert als % recF1 und % recF5 mittels
jeweils der folgenden Ausdrücke:
TD15-TF1 und TD15-TF5.
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Diese
Daten ermöglichen
es, die Verblassungsgeschwindigkeit des photochromen Gegenstandes auszuwerten.
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Aus
den Transmissionsspektren wurden die chromatischen Koordinaten X,
Y, Z berechnet gemäß dem ASTM
E308-90-Verfahren. Der Gelb-Index im Lichtzustand wurde berechnet
aus diesen X-, Y-, Z-Koordinaten gemäß der ASTM D1925-70. Die erhaltenen
Ergebnisse sind unten in Tabelle II angezeigt. Tabelle II
Probe | Gelb-Index | T0 | TD15 | TF1 | TF5 | TF60 | %recF1 | %recF5 |
Beispiel 1 | 9,0 | 89 | 16 | 33 | 58 | 68 | 17 | 42 |
Beispiel 2 | 8,2 | 89 | 16 | 31 | 57 | 68 | 15 | 41 |
Beispiel 3 | 9,5 | 88 | 18 | 31 | 53 | 66 | 13 | 35 |
Beispiel 4 | 7,4 | 89 | 23 | 34 | 53 | 68 | 11 | 34 |
Beispiel 5 | 7,5 | 89 | 20 | 32 | 54 | 66 | 12 | 34 |
Beispiel | 10 | 88 | 14 | 29 | 56 | 65 | 15 | 42 |
Vergleichsbeispiel
1 | 7,0 | 90 | 48 | 61 | 76 | 82 | 13 | 28 |
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Diesen
Daten zeigen an, daß selbst
wenn die Konzentration an photochromer Verbindung für das Vergleichsbeispiel
höher ist
als für
die Erfindung, jeweils 3,8 und 1,8%, die Transmission zum Dunkelzustand
des Vergleichsbeispiels größer ist
als jene, die gemäß der Erfindung
erhalten ist. Die kinetischen Daten zeigen, daß die neue Zusammensetzung
der Erfindung besonders geeignet in photochromen Anwendungen ist.