DE68919663T2

DE68919663T2 - Optischer Strahlungsschild gegen Laser.

Info

Publication number: DE68919663T2
Application number: DE68919663T
Authority: DE
Inventors: Robert Jerome Tucker
Original assignee: Bilsom AB
Current assignee: Honeywell Safety Products Sweden AB
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2009-11-10
Also published as: EP0375898A3; ATE114692T1; AU4723989A; US4933110A; CA2006365A1; AU613818B2; EP0375898A2; EP0375898B1; JPH02224756A; DE68919663D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Lichtfilter zum Schutz der Augen und insbesondere auf Filter zum Schutz vor Laserstrahlung.
In Laser-Laboratorien und für militärische Anwendungen besteht ein Bedarf an Vorrichtungen, die Augen oder Strahlungssensoren und dergleichen vor schädigender Laserstrahlung schützen. Aus dem Stand der Technik sind Brillen, Linsen, Filme, Gesichtsmasken, Fenster und dergleichen bekannt, die aus transparentem Plastik bestehen in dem strahlungsabsorbierende Farbstoffe dispergiert sind um die Transmission von schädlicher Strahlung durch Absorption zu verringern, wobei zumindest genügend Licht im sichtbaren Bereich durchgelassen wird, um Durchsichtigkeit für den Beobachter zu gewährleisten. Die meisten Laserstrahlenschilde aus dem Stand der Technik werden zur selektiven Absorption eines engen Frequenzbandes um die spezifische Frequenz eines einzigen Lasertyps geschaffen, oder in einigen Fällen für spezifische Frequenzen von zwei oder drei Lasern.
Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Laserschutzvorrichtungen, die schädliche Strahlung von Lasern mehrerer verschiedener Typen mit einem Bereich verschiedener spezifischer Wellenlänge absorbieren können, wobei die Laserschutzvorrichtungen jedoch eine ausreichende Durchsichtigkeit aufweisen. Das wird durch die Verwendung eines Gemischs kompatibler absorbierender Stoffe in einem transparenten Plastikträger erreicht, die zusammen die geforderten Absorptions- und Transmissionseigenschaften haben, die eine für die Herstellung von Laserstrahlungsschilden geforderte Stabilität haben und die eine befriedigende Stabilität beim Gebrauch unter Anwendungsbedingungen haben. Es ist wichtig, daß der Lichtschild ausschließlich durch Absorption und nicht durch Reflektion von Strahlung schützt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung schützt ebenso gut vor seitlich einfallenden Laserstrahien, wie vor frontaler Einstrahlung, wobei die Gefahr für andere durch reflektierte Laserstrahlung vermindert ist.
Das neue Gemisch strahlungsabsorbierender Farbstoffe, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist zur Herstellung eines Laserstrahlungsschilds in eine transparente Folie, einen transparenten Film oder eine Linse aus transparentem Plastik eingebracht. Das Gemisch der Farbstoffe kann in eine Schmelze des Plastikmaterials eingebracht werden und die Schmelze kann zu Folien, Filmen oder Linsen und dergleichen gegossen oder geformt werden, wie im Falle der Polycarbonate. In anderen Ausführungsformen können die Farbstoffe in ein Prepolymergemisch eingebracht werden, das dann, wie im Fall des Polymethylmethacrylats, zur Herstellung von Folien, Filmen Linsen und dergleichen gegossen und gehärtet wird. Andere feste, transparente Kunststoffe können als Träger für strahlungsabsorbierende Materialien verwendet werden, wie z. B. Polyvinyl- oder Polyvinylidenhalogenide, Homopolymere und Copolymere von Acrylonitril und Styrol, verschiedene Acrylkunststoffe, Zelluloseester wie Zellulosepropionate, und dergleichen.
Der bevorzugte Kunststoff ist Polycarbonat. Wir bevorzugen ein Bisphenol-A-Polycarbonat mit einem Schmelzflußindex von mindestens 16, welcher nach der ASTM-Testmethode D1238-82 bestimmt wird. Wir bevorzugen solche Polycarbonate, die frei von sauren oder basischen Rückständen sind. Solche Polycarbonatkunststoffe können in Schmelze mit den absorbierenden Stoffen vermischt und bei Temperaturen von bis zu 260ºC (500º K) strangpreß- oder spritzgußgeformt werden, wobei die Wirksamkeit der absorbierenden Stoffe in der kurzen Zeit des Mischens und Formens nicht zerstört wird.
Die US-3,853,783 beschreibt Laserschilde in denen eine Mischung umfassend ein Vanadylphtalocyaninsulfonamidabsorber und ein ultraviolettabsorbierender Stoff in einem Polymethylmethacrylat kombiniert sind um Laserstrahlung im Bereich von ungefähr 610 bis 710 Nanometer zu absorbieren. Dieser Bereich schließt die Wellenlänge des Rubinlasers (694 nm), des Kryptonlasers (671 nm) und des Helium-Neonlasers (633 nm) ein.
Die US 4,622,174 beschreibt Laserschilde umfassend das Gemisch eines Platin-Octylporphyrin-Komplexes und eines Vanadylphtalocyanins zur selektiven Absorption der Wellenlängen des Rubinlasers (694 nm) und der doppelten YAG-Laserwellenlänge (532 nm).
Ein Problem der Kombination einer Anzahl verschiedener absorbierender Stoffe zum Schutz gegen mehrere Laser mit verschiedenen spezifischen Wellenlängen besteht darin, daß jeder absorbierende Stoff, der in einer ausreichenden Menge zugesetzt wird üm eine optische Dichte von mindestens 3 für die spezifische Wellenlänge zu gewährleisten, gewöhnlich einen breiteren Teil des sichtbaren Spektrums nahe der spezifischen Wellenlänge abdeckt. Die Lichtdurchlässigkeit des Schildes wird deßhalb mit jedem zugesetzten absorbierenden Stoff beträchtlich verringert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung absorbierende Stoffe zu finden, die eine Absorption bei der spezifischen zu absorbierenden Wellenlänge aufweisen und die den Verlust der Lichtdurchlässigkeit minimieren können.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Gemisch kompatibler absorbierender Stoffe bereitzustellen, die die geforderte optische Dichte für die laserspezifischen Wellenlängen haben und die für eine adäquate Durchsichtigkeit eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit haben. Hinsichtlich der Kompatibilität dürfen die absorbierenden Stoffe im Gemisch nicht miteinander reagieren und sie müssen in der ausgewählten transparenten Kunststoffmatrix stabil sein. Sie müssen stabil gegenüber den Verarbeitungsbedingungen sein, die zur Herstellung der Schilde angewendet werden und die Stabilität während des Gebrauchs bewahren.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Kombination von absorbierenden Stoffen in transparenten Medien zum Schutz gegen Laserstrahlung von mindestens sechs (6) verschiedenen Lasern bereit, wobei eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 12% bis 25 % und mehr beibehalten wird, und die ausreichende thermische Stabilität zur Herstellung von Polycarbonatschilden haben und exzellente Stabilität unter Anwendungsbedingungen aufweisen.
Erfindungsgemäß benutzen wir eine Kombination aus vier (4) absorbierenden Stoffen in einem transparenten Medium. Die vier absorbierenden Stoffe sind:
1) ein Vanadylphtalocyaninsulfonamid wie beschrieben in der US- 3,853,753;
2) ein ultraviolettabsorbierender Stoff, der Breitbandabsorptionseigenschaften im Ultraviolettbereich hat, wie diejenigen bekannten U.V.-absorbierenden Stoffe des Benzophenon- Triazin-, Benzotriazol-, oder Oxanlidtyps.
3) ein absorbierender Stoff mit Breitbandabsorptionseigenschaften im blauen bis grünen Ende des Spektrums, ausgewählt aus Solvent Orange 60 (einem Perinonderivat) und Dialkylsulfonamidderivaten des 12-H-Naphthoperinon wie solche, die in der US-3,909,442 und der US-3,962,245 beschrieben sind.; und
4) Ein Infrarotabsorbierender Stoff mit einem schmalen Absorptionsbereich, der eine maximale Absorption nahe 980 nm hat, ausgewählt aus Tris(p-diethylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat, Tris(p-diethylaminophenyl)aminiumhexafluoroarsenat, Tris(p-dibutylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat und Tris(p-dibutylaminophenyl)aminiumhexafluoroarsenat.
Die vier absorbierenden Stoffe werden mit einem transparenten Träger in solchem Verhältnis kombiniert, daß eine optische Dichte für jede der laserspezifischen Wellenlängen, die in Tabelle 1 aufgeführt sind von mindestans 2, vorzugsweise 3.5, bereitgestellt wird, wobei eine Lichtdurchlässigkeit von mindestans 12 % beibehalten wird. Die Menge des ultraviolettabsorbierenden Stoffes richtet sich nach dem Gewicht des des Kunststoffs. Der U.V.-absorbierende Stoff schützt den Kunststoff und die anderen absorbierenden Stoffe vor Zerstörung durch die ultraviolette Strahlung. Wir bevorzugen eine Menge des U. V.-absorbierenden Stoffes im Bereich zwischen 0.2 und 0.4 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des ausgewählten Kunststoffs. Die wirksame Menge von jedem der anderen absorbierenden Stoffe im transparenten Kunststoff des Schildes hängt von der Dicke des Schildes ab. Ein dickeres Schild benötigt weniger Gewicht des absorbierenden Stoffes pro Gewichtseinheit des Kunststoffs, um die gewünschte optische Dichte bei der laserspezifischen Wellenlänge zu erreichen, die von dem jeweiligen absorbierenden Stoff abgedeckt wird. Wir bevorzugen die absorbierenden Stoffe in einem Gewichtsverhältnis von einem Teil Vanadylphtalocyaninsulfonamid zu fünf bis sieben Teilen des Tris(dialkylaminophenyl)aminium Salzes zu 10 bis 13 Teilen des Perinonabsorbers zu benutzen.
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf detaillierte spezifische Beispiele, die die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verkörpern, besser verstanden werden.

Beispiel 1:

Eine Laserschutzschild wird hergestellt durch Zubereitung eines Gemisches der absorbierenden Stoffe in den in Tabelle 1 angegebenen Verhältnissen, Vermischen der vermischten absorbierenden Stoffe in der Schmelze eines thermoplastischen Bisphenol-A polycarbonatkunststoffs, der einen Schmelzflußindex von 16 hat und Formen eines Schutzschilds durch Spritzgießen des geschmolzenen Gemisches. Die Dicke des geformten Schutzschilds ist 2 mm. Die Menge eines jeden absorbierenden Stoffes pro 100 Gewichtsanteile des Kunststoffs in dem Gemisch ist in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2:

Laserschutzlinsen werden nach der Methode aus Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Mengen der absorbierenden Stoffe so wie in Tabelle 1 gezeigt sind und die Dicke der spritzgußgeformten Linsen 3 mm ist. Table 1 Absorbierender Stoff Beispiel (Gew.-teile) Tris(p-dibutylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat Vanadylphtalocyanindibutylsulfonamid Solvent Orange 60 2,2'-Dihydroxy-4-methoxybenzophenon
Bei den Konzentrationen der absorbierenden Stoffe, wie beschrieben in den Beispielen 1 und 2, haben die geformten Schutzschilde und Linsen eine optische Dichte an den laserspezifischen Wellenlängen wie unten in Tabelle 2 aufgeführt. Table 2: Lasertyp Wellenlänge (nm) Optische Dichte Argon Kupferdampf Argon Nd-Glas (verdoppelte Frequenz) NdYAG (verdoppelte Frequenz) Rubin Alexandrit Nd-Glas
Um die Stabilität unter Anwendungsbedingungen zu demonstrieren wurden Proben, die gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellt wurden einem Xenon WOM-Expositionstest unterzogen. Nach 1200 Stunden kontinuierlicher Exposition zeigten die Proben keinen Verlust an optischer Dichte für die laserspezifische Wellenlänge und keinen Verlust an Lichtdrchlässigkeit. Zum Vergleich verlor eine Probe, die mit einer Farbstoffkombination nach der oben genannten US-4622174 hergestellt wurde 53 % ihrer Schutzwirkung hinsichtlich der 532 nm-Linie nach nur 4.6 Stunden Exposition im selben Test.

Claims

1. Strahlungsschild umfassend einen transparenten polymeren Kunststoff und darin dispergiert:

i) ein Vanadylphtalocyaninsulfonamid,

2) ein ultraviolettabsorbierender Stoff, der Breitbandabsorptionseigenschaften im Ultraviolettbereich hat,

3) ein absorbierender Stoff, ausgewählt aus Solvent Orange "60 und Dialkylsulfonamidderivaten des 12-H- Naphthoperinons, und

4) ein absorbierender Stoff, ausgewählt aus Tris(pdiethylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat, Tris- (p-diethylaminophenyl)aminiumhexafluoroarsenat, Tris- (p-dibutylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat und Tris(p-dibutylaminophenyl)aminiumexafluoroarsenat.

2. Strahlungsschild gemäß Anspruch 1 wobei der Kunststoff ein Polycarbonat mit einem Schmelzflußindex von mindestens 16 ist.

3. Strahlungsschild gemäß Anspruch 1 mit einer optischen Dichte von mindestens 2 bei jeder der laserspezifischen Wellenlängen von 488 nm, 511 nm, 514.5 nm, 530 nm, 532 nm, 694.3 nm, 755 nm, 1060 nm und 1064 nm, und mit mindestens 12 % Lichtdurchlässigkeit

4. Strahlungsschild gemäß Anspruch 3 wobei der Kunststoff ein Polycarbonat ist und die absorbierenden Stoffe Vanadylphtalocyanindibutylsulfonamid, 2,2'-Dihydroxy-4-methoxybenzophenon, Solvent Orange 60 und Tris(dibutylaminophenyl)aminiumhexafluoroantimonat sind.

5. Strahlungsschild gemäß Anspruch 3, wobei der ultraviolettabsorbierende Stoff in einer Menge von 0.2 bis 0.4 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Kunststoffs vorliegt.