EP1325360A1 - Lichtleiter aus polycarbonat - Google Patents

Lichtleiter aus polycarbonat

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Publication number
EP1325360A1
EP1325360A1 EP01982316A EP01982316A EP1325360A1 EP 1325360 A1 EP1325360 A1 EP 1325360A1 EP 01982316 A EP01982316 A EP 01982316A EP 01982316 A EP01982316 A EP 01982316A EP 1325360 A1 EP1325360 A1 EP 1325360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unsubstituted
light guide
substituted
polycarbonate
aliphatic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01982316A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Ebert
Hans-Josef Behrens
Heinz-Dieter Brandt
Thomas FÖLLINGER
Wilfried Haese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP1325360A1 publication Critical patent/EP1325360A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D175/00—Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04—Polyurethanes
    • C09D175/14—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09D175/16—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds having terminal carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F290/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups
    • C08F290/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups on to polymers modified by introduction of unsaturated side groups
    • C08F290/14—Polymers provided for in subclass C08G
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F290/08—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers modified by introduction of aliphatic unsaturated end or side groups on to polymers modified by introduction of unsaturated side groups
    • C08F290/14—Polymers provided for in subclass C08G
    • C08F290/147—Polyurethanes; Polyureas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/67—Unsaturated compounds having active hydrogen
    • C08G18/671—Unsaturated compounds having only one group containing active hydrogen
    • C08G18/672—Esters of acrylic or alkyl acrylic acid having only one group containing active hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08G18/6795—Unsaturated polyethers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material

Definitions

  • the present invention relates to polycarbonate with a low particle content, the use of this polycarbonate for the production of light guides, light guides comprising a core, containing said polycarbonate, a process for
  • Optical fibers are used to transmit optical signals.
  • Light guides contain one
  • Core made of optically transparent material.
  • the core can be made of glass or plastic, for example.
  • the core is also called fiber.
  • the core or the fiber can have any cross-section and diameter. In practice, the cross-section and diameter are selected in accordance with the technical requirements.
  • the core of the light guide is usually coated.
  • the coating can be made of plastic or paint, for example.
  • the coating offers some protection against mechanical effects on the core.
  • the coating further improves the efficiency of the transmission of optical signals with the
  • This system of core and coating can be surrounded by a shell or a jacket. This serves, for example, to protect against damage and
  • the transmission of the optical signal preferably by visible light, takes place in
  • Light guides take place primarily in the core.
  • the optical properties of the core are therefore particularly important. It is particularly desirable that the core's attenuation coefficient be small so that signal transmission over long distances without too much loss of signal intensity.
  • Light guides comprising a polycarbonate fiber as the core are known.
  • a disadvantage is the high damping coefficient of known polycarbonate qualities.
  • Light guides based on plastic-coated polycarbonate fibers are known from:
  • plastics which have hitherto been proposed for the coating of polycarbonate fibers, are disadvantageous because they have inadequate heat resistance (b), (c), (d), an insufficient elongation at break (b), (c), (d), (g) and / or have insufficient adhesion to the polycarbonate (a), (e), (f), (g), (h), for one application Too complex to manufacture on an industrial scale and therefore too expensive ((a), (e), (f), (h)), and / or lead to the formation of stress cracks in the polycarbonate core (g).
  • UV-polymerizable mixtures of poly- and monofunctional acrylates or methacrylates for the coating of as
  • optical fibers to be used (see e.g. EP-A 0 125 710, EP-A 0 145 929, EP-A 0 167 199, DE-A 3 522 980).
  • EP-A 0327 807 discloses light guides with a core made of polycarbonate and a coating made of polymerized acrylates and / or methacrylates.
  • the object of the invention is to provide polycarbonate, the damping coefficient of which is low, so that it can be used to produce high-quality light guides.
  • the object according to the invention is to comprise a light guide
  • the advantageous properties of the polycarbonate fibers in particular the high transparency, the high refractive index, the high heat resistance, the good mechanical properties, such as the high flexural strength and the high tensile strength and the low water absorption capacity, should not be impaired. It has now been found that the objects of the invention can be achieved with polycarbonate, the content of particles which are insoluble in polycarbonate does not exceed a certain level.
  • the object of the invention is achieved by polycarbonate containing less than 80,000 particles per gram of polycarbonate of particles insoluble in polycarbonate with a size of 0.3 to 10 ⁇ m, preferably less than 45,000 particles / g with a size of 0.3 to 0, 6 ⁇ m and less than 30,000 particles / g with a size of 0.6 to 1.0 ⁇ m and less than 3,000 particles / g with a size of 1.0 to 2.0 ⁇ m and less than 500 particles / g with a size Size of 2.0 to 5.0 ⁇ m and less than 200 particles / g with a size of 5.0 to 10 ⁇ m, particularly preferably less than 30,000 particles / g with a size of 0.3 to 0.6 ⁇ m and less than 20,000 particles / g with a size of 0.6 to 1.0 ⁇ m and less than 2,000 particles / g with a size of 1.0 to 2.0 ⁇ m and less than 300 particles / g with a size of 2.0 to 5.0 ⁇ m and less than 100
  • 5.0 to 10 ⁇ m very particularly preferably less than 25,000 particles / g with a size of 0.3 to 0.6 ⁇ m and less than 10,000 particles / g with a size of 0.6 to 1.0 ⁇ m and less than 1,500 particles / g with a size of 1.0 to 2.0 ⁇ m and less than 50 particles / g with a size of 2.0 to 5.0 ⁇ m and less than 20 particles g with a size of 5 , 0 to 10 ⁇ m.
  • the object according to the invention is achieved by using the polycarbonate according to the invention for producing light guides.
  • the object of the invention is achieved by light guides comprising a core containing the polycarbonate according to the invention.
  • Light guides in which the coating contains a polymer which contains repeating units derived from the monomers are particularly preferred one or more different compounds according to formula (I)
  • n 2, 3 or 4
  • D represents the m-valent radical of an aliphatic or aromatic hydrocarbon
  • R is hydrogen or methyl
  • Z, ⁇ 2 and Z3 independently of one another for oxygen, sulfur, the -N (R) group (in which R is hydrogen or unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted alkyl, aralkyl or aryl) or a divalent radical of the formula (II)
  • a ⁇ , A2, A3 and A4 independently of one another represent an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an aliphatic, cycloaliphatic, aromatic-aliphatic or aromatic hydrocarbon,
  • n stands for zero or an integer from 1 to 20
  • R2 is hydrogen or methyl
  • A5 an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an aliphatic or cycloaliphatic
  • R ' is H or unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted alkyl, aralkyl or aryl, and
  • R3 is an optionally substituted alkyl, cycloalkyl or aralkyl radical.
  • Z2 and Z3 mean oxygen, Z ⁇ ste for oxygen or the group OC NH A NH CO ht, in
  • O O or A is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an aliphatic or cycloaliphatic C2-C ⁇ g hydrocarbon, preferably the rest
  • Ai is an ethylene or propylene-1,2 radical
  • A2, A3 and A4 are independently unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radicals, preferably C2-Cg radicals, aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons. Also particularly preferred among the light guides mentioned are those in which in formula (III)
  • A5 is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, C2-C6 alkylene radical
  • Z5 and Zg independently of one another represent oxygen or the -NH group
  • R3 is a C 1 -C 4 -alkyl radical.
  • R3 is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, -CC-alkyl radical
  • Z5 stands for oxygen and Z for the -NH group.
  • the proportion of the repeating units derived from the monomers mentioned under A) in the polymer is 25 to 75% by weight and the proportion of the repeating units derived from the monomers mentioned under B) in the Polymer is 25 to 75% by weight and the sum of the proportions of the repeating units, derived from the monomers mentioned under A) and under B), in the polymer is 50 to 100% by weight, particularly preferably 100% by weight, is.
  • the object according to the invention is achieved by a method for producing the light guide according to the invention by coating the core of the
  • a method is preferred in which the proportion of the photoinitiator in the composition is 0.1 to 10% by weight.
  • the object according to the invention is achieved by light guides obtained by the method according to the invention.
  • the object according to the invention is achieved by using the light guides according to the invention in means of transport.
  • the object according to the invention is achieved by means of transport comprising the light guide according to the invention.
  • the polycarbonate according to the invention has a lower damping coefficient.
  • the curing speed of the coatings according to the invention is very high, which makes advantageous production possible.
  • the coatings according to the invention ensure that there is no stress cracking in the polycarbonate fiber.
  • the use of the light guides according to the invention in transport means is advantageous because the light guides according to the invention enable a weight reduction compared to known light guides, for example those made of glass. They also have advantageous mechanical properties, in particular the light guides according to the invention are unbreakable in comparison with light guides made of glass.
  • the light guides according to the invention enable significantly simplified handling and better connection technology. In automobiles, copper cables are common for signal transmission, compared to which a significant weight reduction is possible.
  • Vehicles in the sense of the present invention are in particular automobiles, rail vehicles, ships and airplanes.
  • the monomers for the coatings according to the invention are known or can be prepared by known processes. Some of them are commercially available.
  • the tetravalent residues of aliphatic or aromatic hydrocarbons are, for example, the tetravalent aliphatic alcohols, e.g. Pentaerythritol, underlying hydrocarbon residues.
  • the trivalent radicals of aliphatic or aromatic hydrocarbons are, for example, the aliphatic triols, such as glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane or hexanetriol, aromatic tricarboxylic acids, such as benzene-1,2,4-tricarboxylic acid or benzene-l, 3,5- tricarboxylic acid or aromatic triisocyanates, such as 2,4,6-tolylene triisocyanate or 4,4 I , 4 "-triphenylmethane triisocyanate, the underlying hydrocarbon radicals.
  • the aliphatic triols such as glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane or hexanetriol
  • aromatic tricarboxylic acids such as benzene-1,2,4-tricarboxylic acid or benzene-l
  • 3,5- tricarboxylic acid or aromatic triisocyanates such as 2,4,6-tolylene
  • a j , A 2 , A 3 , A and A 5 are optionally substituted divalent
  • Residues of aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic hydrocarbons especially the aliphatic diols, such as ethylene glycol, 1,2-propanediol,
  • the aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, dimethylmalonic acid, glutaric acid, methyl succinic acid, adipic acid, dimethyl succinic acid, pimellic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, decanedicarboxylic acid or dimer fatty acid or cycloaliphatic dicarboxylic acids, such as 1,2-dicarboxylic acids -, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, and aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, naphthalene 1,2-, -1,4-, -1,5-, -1,8-dicarboxylic acid,
  • the optionally substituted, divalent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic hydrocarbon radicals are, above all, the aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate or trimethylhexamethylene 1,6-diisocyanate, cycloaliphatic diisocyanates such as cyclohexane-1,4-diisocyanate and cyclopentane , 3-diisocyanate, methylene bis (4,4'-cyclohexyl) diisocyanate and 1-isocyanatomethyl-5-isocyanato-l, 3,3-trimethylcyclohexane, and aromatic diisocyanates such as 2,4- and 2 , 6-tolylene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4 , -diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and 4,4'-diphenyl
  • R 3 are as optionally substituted alkyl radicals such as methyl, ethyl, propyl, n-butyl, sec.-butyl, i-propyl, tert.-butyl, i-butyl, pentyl, i-pentyl, neopentyl, Heptyl, n-hexyl, 2-ethyl-hexyl, nonyl, decyl, cetyl, Dodecyl and stearyl radicals, as cycloaliphatic radicals, cyclopentyl and cyclohexyl radicals optionally substituted by methyl groups.
  • the araliphatic radicals are, above all, the benzyl radical and benzyl radicals substituted by methyl and lower alkoxy groups.
  • the compounds of formula (I) are compounds containing ether, ester, urethane and / or urea groups. It is preferably polyethers and / or polyester polyols reacted with acrylic acid derivatives or methacrylic acid derivatives.
  • the polycarbonates according to the invention can contain conventional additives.
  • the light guides according to the invention can contain further constituents.
  • they can contain adhesion-promoting intermediate layers.
  • they can contain protective cladding layers, especially those that are flexible but resistant to aqueous solutions as well as mineral oils and fuels, such as e.g. thermoplastic polyurethanes and rubbers.
  • the coatings according to the invention can contain customary additives.
  • the coatings according to the invention can contain conventional additives such as e.g. Solvents that are inert to polycarbonates, contain polymerization inhibitors, antioxidants, etc.
  • Photo initiators are known and customary in the trade. Examples of photoinitiators include: benzoin, benzoin ethers, benzyl ketals, benzophenone, thioxanthone and the derivatives thereof, for example benzyl ethyl ketal and 2-hydroxy-2-methyl-l-phenyl-propan-1-one.
  • Branching agents such as trisphenols and / or isatin biscresol (phenol) (see, for example, DE-A 1 570 533, DE-A 1 595 762, DE-A 2 500 092), stabilizers such as phosphines and / or phosphites (see, for example, EP-A 0 143 906, DE-A 21 40207) and mold release agents (see, for example, DE-A 2 507 748, DE-A 2 729 485 and DE-A 2 064 095).
  • the polycarbonates are preferably worked up in a known manner by precipitation, spray evaporation or extrusion.
  • the relative viscosity of a 0.5% solution of the polycarbonate in methylene chloride at 25 ° C. is preferably between 1.18 and 1.32.
  • Particularly preferred polycarbonates are the homopolycarbonate based on bisphenol A, the homopolycarbonate based on l, l-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane, the homopolycarbonate based on one of the following bisphenols
  • copolycarbonates from combinations of the bisphenols mentioned, in particular the copolycarbonate based on the two monomers bisphenol A and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane.
  • the homopolycarbonate based on bisphenol A is very particularly preferred.
  • the polycarbonate preferably has a heavy metal content of less than 5 ppm, particularly less than 3 ppm, very particularly less than 0.5 ppm. Low heavy metal contents result in less optical attenuation in the light guide.
  • the polycarbonate can be made by known methods, e.g. after this
  • the polycarbonate with a lower particle content according to the invention is preferably produced as follows.
  • Raw materials and solvents are filtered through filters, preferably with pore sizes of 0.25 to 15 ⁇ m, particularly preferably 0.5 to 5 ⁇ m.
  • Spinning, granulation and handling of the polycarbonate must take place under clean conditions (clean room) with the exclusion of dust.
  • the viscosity of the compositions to be applied to the polycarbonate fibers according to the invention and polymerizable by UV rays can be selected by the choice of Molecular weight of components A and B and / or varied within wide limits by the ratio of components A and B and adjusted to the intended spinning speeds and spinning temperatures of the polycarbonate fibers.
  • the compositions to be used according to the invention preferably have a viscosity of 500 to 10,000 cP at 25 ° C.
  • the compositions to be used according to the invention can preferably be processed at temperatures from 15 to 140 ° C.
  • the polycarbonate core of the light guide of the polycarbonate fibers can first be produced and later with those to be applied according to the invention
  • Coating materials are provided. However, it is more advantageous to apply the coating immediately after the polycarbonate fiber has been produced.
  • the thickness of the coating to be applied to the polycarbonate fiber according to the invention is preferably less than 50 ⁇ m.
  • the light guides according to the invention can be processed into single-core or multi-core cables by the light guides individually for themselves or a plurality of light guides combined into a bundle with further polymer layers, e.g. by coextrusion.
  • the polymer layer is preferably a thermoplastic elastomer.
  • the light guides can be glued into a bundle.
  • the diameter of the light guide is preferably between 0.05 mm to 5 mm, particularly preferably 0.1 mm to 3 mm, very particularly preferably 0.25 to 1.5 mm.
  • the light guides according to the invention can also be used as lighting elements.
  • the surface of the light guide is at the desired
  • the light can be directed to the desired location to be illuminated. For example, you can fittings, for example in electronic devices such as radios or computers, are illuminated.
  • Examples 1 to 8 are according to the invention.
  • Examples 9 to 12 are comparative examples (comparative mixtures).
  • a polycarbonate fiber according to the invention (diameter: 1.0 mm) was pulled vertically from top to bottom centrally through a vessel which had a nozzle (diameter: 1.2 mm) at its bottom.
  • the vessel was filled with one of the coating mixtures described below.
  • a 20 cm long medium pressure mercury lamp (power: 120 W / cm) was located below the coating vessel, parallel to the thread
  • Parabolic mirror was focused on the thread in order to obtain the highest possible light output for the UV polymerization of the coating mixtures.
  • the coated thread was wound on a large drum, which ensured that the thread was pulled through the system by means of a motor drive, the speed being a constant 5 m / min.
  • the thickness of the coating applied to the polycarbonate thread was 10 to 30 ⁇ m in all cases.
  • All mixtures 1 to 12 contained 3 parts by weight of the photoinitiator 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one.
  • the maximum curing rate of the individual mixtures was determined in the simplified manner described below on coated films; however, the results obtained on the films are readily transferable to fibers.
  • the mixtures were applied to a polycarbonate plate using a doctor blade (film thickness: 50 ⁇ m).
  • the coated polycarbonate sheets were carried out on a belt at a certain speed under a UV irradiation system (UV laboratory device from U. Steinemann AG; 80 W / cm).
  • reaction products a to h used as component A in mixtures 1 to 12 were obtained as follows:
  • Reaction product b 500 g of a linear polyester having OH groups (average molecular weight: 1,000; OH number 112; reaction product of adipic acid and neopentyl glycol), 255 g of 2-hydroxyethyl acrylate and 350 g of isophorone diisocyanate were used in the reaction product for reaction a) described way implemented.
  • reaction product a 500 g of unbranched, hydroxyl-containing polyester (average molecular weight: 2,250); Reaction product from adipic acid and butanediol), 300 g of 2-hydroxyethyl acrylate and 335 g of isophorone diisocyanate were reacted in the manner described for the reaction product a).
  • Gas inlet pipe provided 1 1-flask filled and with 0.1 g Desmorapid SO as well as 0.05 g of di-tert-butyl-quinone and heated to 60 to 65 ° C. At this temperature, 50 g of isophorone diisocyanate are added dropwise while passing dry air through. The reaction mixture was then stirred at 60 to 65 ° C until the NCO number had dropped below 0.1%.
  • Reaction product g 600 g of a linear hydroxyl-containing polyester (average molecular weight: 2,000; reaction product of adipic acid with ethylene glycol, diethylene glycol and butanediol), 22.7 g acrylic acid, 3.1 g p-toluenesulfonic acid, 0.3 g p-methoxyphenol, 0 , 3 g of di-tert-butyl hydroquinone and 220 g of toluene are reacted in the manner described for reaction product d) and, after removal of the toluene, are also reacted with 31.6 g of isophorone diisocyanate as described for reaction product e).
  • Example 13 (according to the invention; particles each per 1 gram of polycarbonate)
  • Attenuation coefficient measured at 660 nm: 2.3 dB / m
  • Example 14 (according to the invention; particles each per 1 gram of polycarbonate)
  • Attenuation coefficient measured at 660 nm: 1.3 dB / m
  • Example 15 (comparison; particles each per 1 gram of polycarbonate)
  • Attenuation coefficient measured at 660 nm: 3.2 dB / m
  • the damping coefficient was measured according to the method described in Tamaka et. al., "Fiber other Integrated Optics", Volume 7, page 139 (1987).
  • the particle number in polycarbonate was measured using the "Hiac / Royco 346 BCL” device. This is a laser scanning device. Measurements were made on a 2% solution in methylene chloride for particle measurement up to 10 ⁇ m and on a 5% solution for particle measurement above 10 ⁇ m. The measurement was carried out using the method described in US Pat. No. 5,073,313 and in EP-A 0 379 130.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Polycarbonat mit einem niedrigen Teilchengehalt, die Verwendung dieses Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern, Lichtleiter umfassend einen Kern, enthaltend das genannte Polycarbonat, ein Verfahren zur Herstellung der genannten Lichtleiter, die Verwendung der genannten Lichtleiter zur Übertragung optischer Signale in Transportmitteln, sowie Transportmittel enthaltend die genannten Lichtleiter.

Description

Lichtleiter
Die vorliegende Erfindung betrifft Polycarbonat mit einem niedrigen Teilchengehalt, die Nerwendung dieses Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern, Lichtleiter umfassend einen Kern, enthaltend das genannte Polycarbonat, ein Verfahren zur
Herstellung der genannten Lichtleiter, die Nerwendung der genannten Lichtleiter zur Übertragung optischer Signale in Transportmitteln, sowie Transportmittel enthaltend die genannten Lichtleiter.
Lichtleiter dienen zur Übertragung optischer Signale. Lichtleiter enthalten einen
Kern aus optisch transparentem Material. Der Kern kann beispielsweise aus Glas oder Kunststoff bestehen. Der Kern wird auch Faser genannt. Der Kern oder die Faser kann einen beliebigen Querschnitt und Durchmesser haben. Querschnitt und Durchmesser werden in der Praxis, gemäß den vorliegenden technischen Anforderungen gewählt.
Der Kern der Lichtleiter ist üblicherweise beschichtet. Die Beschichtung kann beispielsweise aus Kunststoff oder Lack bestehen. Die Beschichtung bietet einen gewissen Schutz vor mechanischen Einwirkungen auf den Kern. Die Beschichtung verbessert weiterhin die Effizienz der Übertragung optischer Signale mit dem
Lichtleiter. Somit sind insbesondere die mechanischen und die optischen Eigenschaften der Beschichtung von Bedeutung.
Dieses System aus Kern und Beschichtung kann von einer Hülle oder einem Mantel umgeben sein. Diese dient beispielsweise zum Schutz vor Beschädigung und
Umwelteinflüssen.
Die Übertragung des optischen Signales, bevorzugt durch sichtbares Licht, findet in
Lichtleitern in erster Linie im Kern statt. Somit sind insbesondere die optischen Eigenschaften des Kerns von Bedeutung. Es ist insbesondere wünschenswert, dass der Dämpfungskoeffizient des Kerns klein ist, damit eine Signalübertragung über große Distanzen, ohne zu großen Verlust an Signalintensität vorgenommen werden kann.
Lichtleiter, umfassend eine Polycarbonat-Faser als Kern, sind bekannt. Nachteilig ist der hohe Dämpfungskoeffizient bekannter Polycarbonatqualitäten.
Lichtleiter auf Basis kunststoffbeschichteter Polycarbonat-Fasern sind bekannt aus:
(a) EP-A 0 203 327;
( ) JP-A 84/216 104;
(c) JP-A 84/216 105;
( JP-A 84/218 404;
(e) JP-A 86/231 510;
(f> JP-A 86/240 206;
(g) JP-A 86/245 110;
(h) JP-A 86/278 807.
In diesen Veröffentlichungen sind Lichtleiter auf Basis von Polycarbonat-Fasern beschrieben, deren Polycarbonatkera mit bestimmten, Fluor enthaltenden Polymeri- säten ((a), (e), (f), (h)), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylmeth- acrylaten, Styrol oder Vinyltoluol und Maleinsäureanhydrid (b), mit bestimmten Mischpolymerisaten auf Methylmethacrylaten, -Methylstyrol und Maleinsäureanhydrid (c), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylmethacrylat, α-Methylstyrol, Styrol und Maleinsäureanhydrid (d) und mit Siliconharzen, Silicon- Acrylat-Harzen, Urethan-Acrylat-Harzen, Polyamiden oder Poly-4-methylpenten-l
(g) überzogen sind.
Diese bislang für die Beschichtung von Polycarbonatfasern vorgeschlagenen Kunststoffe sind nachteilig, weil sie eine unzureichende Wärmeformbeständigkeit (b), (c), (d), eine zu geringe Reißdehnung (b), (c), (d), (g) und/oder eine unzureichende Haftung auf dem Polycarbonat aufweisen (a), (e), (f), (g), (h), für eine Anwendung im technischen Maßstab zu aufwendig herzustellen und damit zu teuer sind ((a), (e), (f), (h)), und/oder zur Bildung von Spannungsrissen im Polycarbonatkern führen (g).
Es ist bekannt, durch UV-Strahlen polymerisierbare Mischungen aus poly- und monofunktionellen Acrylaten oder Methacrylaten für die Beschichtung von als
Lichtleiter zu verwendenden Glasfasern einzusetzen (siehe z.B. EP-A 0 125 710, EP-A 0 145 929, EP-A 0 167 199, DE-A 3 522 980).
Diese, für die Beschichtung von Glasfasern entwickelten Gemische, sind für Polycarbonatfasern ungeeignet, da sie zur Bildung von Spannungsrissen im Polycarbonatkern führen und außerdem einen zu hohen Brechungsindex aufweisen.
EP-A 0327 807 offenbart Lichtleiter mit einem Kern aus Polycarbonat und einer Beschichtung aus polymerisierten Acrylaten und/oder Methacrylaten.
Die erfmdungsgemäße Aufgabe besteht darin, Polycarbonat bereit zu stellen, dessen Dämpfungskoeffizient gering ist, so dass es zur Herstellung hochwertiger Lichtleiter verwendet werden kann.
Weiterhin besteht die erimdungsgemäße Aufgabe darin, Lichtleiter umfassend einen
Kern enthaltend das erfindungsgemäße Polycarbonat bereit zu stellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Lichtleiter bereit zu stellen, sowie Transportmittel, enthaltend die erfindungsgemäßen Lichtleiter bereit zu stellen.
Dabei sollen die vorteilhaften Eigenschaften der Polycarbonatfasern, insbesondere die hohe Transparenz, der hohe Brechungsindex, die hohe Wärmeformbeständigkeit, die guten mechanischen Eigenschaften, wie z.B. die hohe Biegefestigkeit und die hohe Reißfestigkeit sowie das geringe Wasseraufnahmevermögen, nicht beeinträchtigt werden. Es wurde nun gefunden, dass die erfindungsgemäßen Aufgaben gelöst werden können, mit Polycarbonat, dessen Gehalt an Teilchen, die in Polycarbonat unlöslich sind, ein bestimmtes Maß nicht übersteigt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch Polycarbonat enthaltend weniger als 80 000 Teilchen pro Gramm Polycarbonat an in Polycarbonat unlöslichen Teilchen mit einer Größe von 0,3 bis 10 μm, bevorzugt weniger als 45 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 μm und weniger als 30 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,6 bisl,0 μm und weniger als 3 000 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 μm und weniger als 500 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 μm und wemger als 200 Teilchen/g mit einer Größe von 5,0 bis 10 μm, besonders bevorzugt weniger als 30000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 μm und weniger als 20 000 Teilchen/g mit einer Größe von von 0,6 bis 1,0 μm und weniger als 2 000 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 μm und weniger als 300 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 μm und weniger als 100 Teilchen/g mit einer Größe von
5,0 bis 10 μm, ganz besonders bevorzugt weniger als 25 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 μm und weniger als 10 000 Teilchen/g mit einer Größe von von 0,6 bis 1,0 μm und weniger als 1 500 Teilchen/g mit einer Größe von 1,0 bis 2,0 μm und weniger als 50 Teilchen/g mit einer Größe von 2,0 bis 5,0 μm und weniger als 20 Teilchen g mit einer Größe von 5,0 bis 10 μm.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Polycarbonats zur Herstellung von Lichtleitern.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Lichtleiter umfassend einen Kern enthaltend das erfindungsgemäße Polycarbonat.
Bevorzugt sind Lichtleiter, in denen der Kern beschichtet ist.
Besonders bevorzugt sind Lichtleiter, in denen die Beschichtung ein Polymer enthält, das Wiederholungseinheiten enthält, abgeleitet von den Monomeren eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (I)
in der
m für 2, 3 oder 4 steht,
D den m-wertigen Rest eines aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet,
R Wasserstoff oder Methyl ist,
Z , ∑2 und Z3 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel, die -N(R)-Gruppe, (in der R Wasserstoff oder unsubstituiertes oder substituiertes, bevorzugt unsubstituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist) oder einen zweiwertigen Rest der Formel (II)
O O
II II
-Z-C— NH— A— NH— C— Z- (II)
stehen, in der
Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R)-Gruppe bedeutet, und A ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstitu- ierter zweiwertiger Rest eines aliphatischen, cycloaliphati- schen, araliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs ist,
Z4 für Sauerstoff, den zweiwertigen Rest der Formel (II) oder einen der folgenden zweiwertigen Reste
O 0 O II II II -O— C— O— O-C-A,— C-O- — C— O- -NH-O
O O II 11
-NH— C— O — -C— H- NH— C— NH- steht,
A\, A2, A3 und A4 unabhängig voneinander einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatisch-aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs bedeuten,
n für Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht,
p, q und r unabhängig voneinander den Wert Null oder 1 annehmen können und
1 einen solchen Zahlenwert hat, dass das Gewichtsmittel der Molmasse der Verbindung nachFormel (I) 450 bis 5000 beträgt, und
eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (III) in der
R2 Wasserstoff oder Methyl ist,
A5 einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen
Kohlenwasserstoffs bedeutet,
Z5 und Z5 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R')-
Gruppen stehen, in der R' H oder unsubstituiertes oder substituiertes, bevorzugt unsubstituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist, und
R3 ein gegebenenfalls substituierter Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aral- kyl-Rest ist.
Ganz besonders bevorzugt sind unter den genannten Lichtleitern solche, bei denen Aj, A2, A3, A4 und A unabhängig voneinander für einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen aliphatischen oder cycloalipha- tischen Kohlenwasserstoffrest stehen.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt sind unter den genannten Lichtleitern solche, bei denen
p und q den Wert 1 haben,
Z2 und Z3 Sauerstoff bedeuten, Z\ für Sauerstoff oder die Gruppe O C NH A NH C-O steht, in
O O der A ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, zweiwertiger Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen C2-Cιg-Ko- hlenwasserstoffs, vorzugsweise der Rest
Z4 für Sauerstoff oder die Gruppe
oder O— C-A3-C-O— stehtj ° ° in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter,
C2-C1 g-Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs ist,
Ai ein Ethylen- oder Propylen-1 ,2-Rest ist und
A2, A3 und A4 unabhängig voneinander unsubstituierte oder substituierte, bevorzugt unsubstituierte, zweiwertige Reste, vorzugsweise C2-Cg-Reste, aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe sind. Weiterhin ganz besonders bevorzugt unter den genannten Lichtleitern sind diejenigen, bei denen in Formel (III)
A5 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, C2-C6- Alkylen-Rest ist,
Z5 und Zg unabhängig voneinander für Sauerstoff oder die -NH-Gruppe stehen und
R3 ein Cι-Cι -Alkylrest ist.
Weiterhin ganz besonders bevorzugt unter den genannten Lichtleitern sind diejenigen, bei denen in Formel (III)
R3 für einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, Cι-C5-Alkylrest,
A5 für einen Ethylenrest und
Z5 für Sauerstoff und Z für die -NH-Gruppe stehen.
Es ist bevorzugt, dass bei den genannten beschichteten Lichtleitern der Anteil der Wiederholungseinheiten abgeleitet von den unter A) genannten Monomeren in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und wobei die Summe der Anteile der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den unter A) und unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 Gew.-%, beträgt.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lichtleiter durch Beschichten des Kerns des
Lichtleiters mit einer Zusammensetzung enthaltend die Monomere A) und B) und einen oder mehrere verschiedene Fotoinitiatoren, wobei die Zusammensetzung auf dem Kern durch UV-Strahlen polymerisiert wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Anteil des Fotoinitiators an der Zusam- mensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Lichtleiter erhältich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtleiter in Transportmitteln.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch Transportmittel enthaltend den erfindungsgemäßen Lichtleiter.
Die Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, haben zahlreiche Vorteile. Die vorteilhaften Eigenschften der Polycarbonatfasern, wie sie bereits genannt wurden, werden nicht beeinträchtigt. Sie werden durch die erfindungsgemäße Beschichtung in den erfindungsgemäßen Lichtleitern sogar noch verstärkt. Die optischen, mechanischen und thermischen
Eigenschaften der erfindungsgemäßen Polycarbonate, sowie der erfindungsgemäßen Lichtleiter, sind sehr gut. Das erfindungsgemäße Polycarbonat hat einen niedrigeren Dämpfungskoeffizienten.
Die Härtungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Beschichrungen ist sehr hoch, wodurch eine vorteilhafte Herstellung möglich wird.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen gewährleisten, dass es zu keiner Spannungsrissbildung in der Polycarbonatfaser kommt. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtleiter in Transportmitteln ist vorteilhaft, weil die erfindungsgemäßen Lichtleiter gegenüber bekannten Lichtleitern, beispielsweise solchen aus Glas, eine Gewichtsreduktion ermöglichen. Außerdem haben sie vorteilhafte mechanischen Eigenschaften, insbesondere sind die erfmdungsgemä- ßen Lichtleiter im Vergleich zu Lichtleitern aus Glas unzerbrechlich. Außerdem ermöglichen die erfindungsgemäßen Lichtleiter eine wesentlich vereinfachte Handhabung und eine bessere Verbindungstechnik. In Automobilen sind zur Signalübertragung Kupferkabel üblich, gegenüber denen eine deutliche Gewichtsreduktion möglich ist.
Transportmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Automobile, Schienenfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge.
Die Monomere für die erfindungsgemäßen Beschichtungen sind bekannt oder lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen. Teilweise sind sie im Handel erhältlich.
Für D seien als vierwertige Reste aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise die vierwertigen aliphatischen Alkohole, wie z.B. Pentaerythrit, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D seien als dreiwertige Reste aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise die aliphatischen Triolen, wie Glycerin, Trimethylolethan, Trimethy- lolpropan oder Hexantriol, aromatischen Tricarbonsäuren, wie Benzol- 1,2,4-tricar- bonsäure oder Benzol-l,3,5-tricarbonsäure oder aromatischen Triisocyanaten, wie 2,4,6-Toluylentriisocyanat oder 4,4I,4"-Triphenylmethantriisocyanat, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D, Aj, A2, A3, A und A5 seien als gegebenenfalls substituierte zweiwertige
Reste aliphatischer, cycloaliphatischer, araliphatischer oder aromatischer Kohlen- Wasserstoffe vor allem die aliphatischen Diolen, wie Ethylenglykol, 1,2-Propandiol,
1,3-Proρandiol, 2,2-Dimethyl-l,3-propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-Bu- tandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6- und 2,5-Hexandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, 2,2,4-Trimethylpentandiol-l,3, 2-Methylpen- tandiol-2,4 und 2-Ethylhexandiol-l,3 oder cycloaliphatischen Diolen, wie 2,2-Di- methyl-4,4-dimethyl-cyclobutandiol, 1,2-Cyclopentandiol, 1,3-Cyclopentandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Bishydroxymethylcyclohexan, 2,2-Bis-(4-hydroxy- cyclohexyl)-propan, 1 -Methyl-2,2-bis-(4-hydroxycyclohexyl)-ethan, 2-Methyl-2,4- bis-(4-hydroxycyclohexyl)-pentan und Bis-hydroxymethyl-hexahydro-4,7-methano- indan, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für A3 seien darüber hinaus noch die aliphatischen Dicarbonsäuren wie Bernsteinsäure, Dimethylmalonsäure, Glutarsäure, Methylbernsteinsäure, Adipinsäure, Dime- thylbernsteinsäure, Pimellinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Decandi- carbonsäure oder Dimerfettsäure oder cycloaliphatischen Dicarbonsäuren wie 1,2-, 1,3-, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, und aromatischen Carbonsäuren wie Terephthal- säure, Isophthalsäure, Phthalsäure, Naphthalin- 1,2-, -1,4-, -1,5-, -1,8-dicarbonsäure,
5-Methylisophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure und Hexahydroendomethylentetra- hydrophthalsäure, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für A seien als gegebenenfalls substituierte, zweiwertige aliphatische, cycloalipha- tische, araliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffreste vor allem die aliphatischen Diisocyanaten, wie Hexamethylendiisocyanat oder Trimethylhexamethylen- diisocyanat-1,6, cycloaliphatischen Diisocyanate, wie Cyclohexan-l,4-diisocyanat, Cyclopentan-l,3-diisocyanat, Methylen-bis-(4,4'-cyclohexyl)-diisocyanat und 1-Iso- cyanatomethyl-5-isocyanato-l,3,3-trimethylcyclohexan, und aromatischen Diisocya- naten wie 2,4- und 2,6-Toluylen-diisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4,-diphenylmethandi- isocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenyletherdiisocyanat, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für R3 seien als gegebenenfalls substituierte Alkylreste wie der Methyl-, Ethyl-, Propyl-, n-Butyl-, sec.-Butyl, i-Propyl-, tert.-Butyl-, i-Butyl-, Pen- tyl-, i-Pentyl-, Neopentyl-, Heptyl-, n-Hexyl-, 2-Ethyl-hexyl-, Nonyl-, Decyl-, Cetyl-, Dodecyl- und Stearylrest, als cycloaliphatische Reste gegebenenfalls durch Methylgruppen substituierte Cyclopentyl- und Cyclohexylreste genannt. Als araliphatische Reste kommen vor allen Dingen der Benzylrest und durch Methyl- und niedere Alkoxygruppen substituierte Benzylreste in Betracht.
Bei den Verbindungen der Formel (I) (polyfunktionelle Acrylsäurederivate oder Methacrylsäurederivate) handelt es sich um Ether-, Ester-, Urethan- und/oder Harnstoff-Gruppen enthaltende Verbindungen. Vorzugsweise sind es mit Acrylsäure- derivaten oder Methacrylsäurederivaten umgesetzte Polyether und/oder Polyester- Polyole.
Bei Verbindungen der der Formel (111) (monol-unktionelle Acrylate oder Meth- acrylate) handelt es sich um mit Acrylsäureester oder Methacrylsäureester, die zusätzlich eine Ester-, Urethan- und/oder Harnstoffgruppe aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonate können übliche Additive enthalten.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können weitere Bestandteile enthalten. Beispielsweise können sie haftungsfördernde Zwischenschichten enthalten. Beispielsweise können sie schützende Mantelschichten enthalten, besonders solche, die flexibel, aber resistent gegen wässrige Lösungen sowie Mineralöle und Treibstoffe sind, wie z.B. thermoplastische Polyurethane und Kautschuke.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können übliche Additive enthalten.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen können zusätzlich zu den Komponenten A und B übliche Zusatzstoffe wie z.B. Lösungsmittel, die gegen Polycarbonate inert sind, Polymerisationsinhibitoren, Antioxidantien usw. enthalten.
Fotoinitiatoren sind bekannt und handelsüblich. Als Fotoinitiatoren seien z.B. genannt: Benzoin, Benzoinether, Benzylketale, Benzophenon, Thioxanthon und deren Derivate z.B. Benzy nethylketal und 2-Hydroxy-2-methyl-l-phenyl- propan-1-on.
Polycarbonate und die gängigen Verfahren zu ihrer Herstellung sind z.B. in "Chemistry and Physics of Polycarbonates" Polymer Rev. Vol. 9, Interscience Publishers beschrieben. Sie können gegebenenfalls unter Zusatz bekannter Kettenabbrecher (siehe z.B. EP-A 0 010 602, DE-A 3 143 252). Verzweiger wie Trisphe- nolen und/oder Isatinbiskresol(phenol) (siehe z.B. DE-A 1 570 533, DE-A 1 595 762, DE-A 2 500 092), Stabilisatoren wie Phosphanen und/oder Phosphiten (siehe z.B. EP-A 0 143 906, DE-A 21 40207) und Entformungsmitteln (siehe z.B. DE-A 2 507 748, DE-A 2 729 485 und DE-A 2 064 095) hergestellt werden. Die Aufarbeitung der Polycarbonate wird bevorzugt in bekannter Weise durch Fällen, Sprühverdampfen oder Extrusion vorgenommen. Die relative Viskosität einer 0,5 %igen Lösung des Polycarbonates in Methylenchlorid liegt bei 25°C bevorzugt zwischen 1,18 und 1,32.
Besonders bevorzugte Polycarbonate sind das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A, das Homopolycarbonat auf Basis von l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan, das Homopolycarbonat auf Basis eines der folgenden Bisphenole
und die Copolycarbonate aus Kombinationen aus den genannten Bisphenolen, insbesondere das Copolycarbonat auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
Ganz besonders bevorzugt ist das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A.
Das Polycarbonat hat bevorzugt einen Schwermetallgehalt von weniger als 5 ppm, besonders weniger als 3 ppm, ganz besonders weniger als 0,5 ppm. Geringe Schwermetallgehalte bewirken eine geringere optische Dämpfung im Lichtleiter.
Das Polycarbonat kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden, z.B. nach dem
Phasengrenzflächenverfahren aus Bisphenol und Phosgen oder nach dem Schmelze- umesterungsverfahren aus Kohlensäureester und Bisphenol.
Das erfindungsgemäße Polycarbonat mit geringerem Teilchengehalt wird bevorzugt wie folgt hergestellt. Rohstoffe und Lösungsmittel werden durch Filter, bevorzugt mit Porenweiten von 0,25 bis 15 μm, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 μm, filtriert. Abspinnung, Granulierung und Handhabung des Polycarbonates muß unter sauberen Bedingungen (Reinraum) unter Ausschluß von Staub stattfinden.
Die Viskosität der erfindungsgemäß auf die Polycarbonatfasern aufzubringenden, durch UV-Strahlen polymerisierbaren Zusammensetzungen kann durch die Wahl des Molekulargewichts der Komponenten A und B und/oder durch das Mengenverhältnis der Komponenten A und B in weiten Grenzen variiert und auf die vorgesehenen Abspinngeschwindigkeiten und Spinntemperaturen der Polycarbonat-Fasern eingestellt werden. Bevorzugt weisen die erfindungsgemäß zu verwendenden Zusam- mensetzungen eine Viskosität von 500 bis 10 000 cP bei 25 °C auf. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungen können bevorzugt bei Temperaturen von 15 bis 140°C verarbeitet werden.
Verfahrensmäßig kann zunächst der Polycarbonat-Kern des Lichtleiters der Poly- carbonat-Fasern hergestellt und später mit den erfindungsgemäß aufzubringenden
Beschichtungsmaterialien versehen werden. Vorteilhafter ist es jedoch, die Beschichtung unmittelbar nach der Herstellung der Polycarbonatfaser vorzunehmen. Die Dicke der erfindungsgemäß auf die Polycarbonatfaser aufzubringenden Beschichtung ist bevorzugt kleiner als 50 μm.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können zu ein- oder mehradrigen Kabeln verarbeitet werden, indem man die Lichtleiter einzeln für sich oder mehrere zu einem Bündel zusammengefasste Lichtleiter mit weiteren Polymerschichten, z.B. durch Coextrusion, umhüllt. Die Polymerschicht ist dabei bevorzugt ein thermoplastisches Elastomer.
Die Lichtleiter können zu einem Bündel verklebt sein.
Der Durchmesser der Lichtleiter ist bevorzugt zwischen 0,05 mm bis 5 mm, beson- ders bevorzugt 0,1 mm bis 3 mm, ganz besonders bevorzugt 0,25 bis 1,5 mm.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können weiterhin als Beleuchtungselemente verwendet werden. Hierzu wird die Oberfläche der Lichtleiter an der gewünschten
Stelle beschädigt. Dadurch wird Licht angekoppelt. Alternativ kann das Licht an den gewünschten Ort, der beleuchtet werden soll, geleitet werden. Zum Beispiel können so Armaturen, beispielsweise in elektronischen Geräten wie Radios oder Computer, beleuchtet werden.
Beispiele 1 bis 12 (beschichtete Lichtleiter)
Beispiele 1 bis 8 sind erfindungsgemäß.
Bei den Beispielen 9 bis 12 (Gemischen 9 bis 12) handelt es sich um Vergleichsbei- spiele (Vergleichsgemische).
Eine erfindungsgemäße Polycarbonatfaser (Durchmesser: 1,0 mm) wurde senkrecht von oben nach unten zentrisch durch ein Gefäß gezogen, welches an seinem Boden eine Düse (Durchmesser: 1,2 mm) besaß. Das Gefäß wurde jeweils mit einem der nachstehend beschriebenen Beschichtungsgemische gefüllt. Durch den zwischen
Faden und Düse verbleibenden Ringspalt erfolgte die gleichmäßige Beschichtung der Faser mit dem betreffenden Gemisch.
Unterhalb des Beschichtungsgefäßes befand sich parallel zum Faden eine 20 cm lange Quecksilbermitteldrucklampe (Leistung: 120 W/cm), deren Brennlinie mittels
Parabolspiegel auf dem Faden fokussiert war, um eine möglichst hohe Lichtausbeute für die UV-Polymerisation der Beschichtungsgemische zu erhalten.
Nach Passieren einer Umlenkrolle wurde der beschichtete Faden auf eine große Trommel gewickelt, die mittels eines Motorantriebs für das Durchziehen des Fadens durch die Anlage sorgte, wobei die Geschwindigkeit konstant 5 m/min betrug.
Die Dicke der auf den Polycarbonatfaden aufgebrachten Beschichtung betrug in allen Fällen 10 bis 30 μm.
Die erhaltenen, mit UV-polymerisierter Beschichtung versehenen Polycarbonatfasern wurden 1 Monat bei Raumtemperatur gelagert und anschließend auf eine etwaige Schädigung des Polycarbonatkerns, z.B. durch Spannungsrisse, geprüft. In der folgenden Tabelle 1 sind die mit den einzelnen Gemischen erhaltenen Ergebnisse sowie die Zusammensetzungen der Gemische zusammengestellt. Tabelle 1
Anmerkung:
Alle Gemische 1 bis 12 enthielten 3 Gew.-Teile des Fotoinitiators 2-Hydroxy- 2-methyl- 1 -phenyl-propan- 1 -on.
Die maximale Härtungsgeschwindigkeit der einzelnen Gemische wurde in der nach- stehend beschriebenen vereinfachten Weise an beschichteten Folien bestimmt; die an den Folien erhaltenen Ergebnisse sind jedoch ohne weiteres auf Fasern übertragbar. Die Gemische wurden mit einer Handrakel auf eine Polycarbonatplatte aufgebracht (Filmdicke: 50 μm). Die beschichteten Polycarbonatplatten wurden auf einem Band mit einer bestimmten Geschwindigkeit unter einer UV-Bestrahlungsanlage (UV-Laborgerät der Firma U. Steinemann AG; 80 W/cm) Mndurchgeführt. Bestimmt wurde die für die Durchhärtung des jeweiligen Gemisches gerade noch zulässige Bandgeschwindigkeit (= maximale Bandgeschwindigkeit [m/min]).
Die in den Gemischen 1 bis 12 als Komponente A verwendeten Umsetzungsprodukte a bis h wurden wie folgt erhalten:
Umsetzungsprodukt a:
In einem mit Rührer, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehenen 2 1-Kolben wurden 500 g eines linearen Polyethers (mittleres Molekulargewicht: ca. 1 000; Umsetzungsprodukt von Propandiol-1,2 mit Propylenoxid), 167 g 2-Hydroxyethyl- acrylat, 0,5 g Desmorapid SO und 0,3 g p-Methoxyphenol vorgelegt. Bei 60 bis 65°C und unter Durchleiten von trockener Luft wurden anschließend 265 g Isophorondi- isocyanat zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend solange bei 60 bis 65°C gerührt, bis die NCO-Zahl unter 0,1 % gesunken war.
Umsetzungsprodukt b: 500 g eines OH-Gruppen aufweisenden linearen Polyesters (mittleres Molekulargewicht: 1 000; OH-Zahl 112; Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure und Neopen- tylglykol), 255 g 2-Hydroxyethylacrylat und 350 g Isophorondusocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt c :
500 g unverzweigter, hydroxylgruppenhaltiger Polyester (mittleres Molekulargewicht: 2 250); Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure und Butandiol), 300 g 2-Hydroxyethylacrylat und 335 g Isophorondusocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt d:
500 g eines linearen Polypropylenglykols (mittleres Molekulargewicht: 2 000), 250 g 2-Hydroxyethylacrylat und 290 g Isophorondusocyanat wurden in der für das Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Weise umgesetzt.
Umsetzungsprodukt e:
In einem mit Rührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und Wasseräbscheider versehenen 1 1-Kolben wurden 500 g eines hydroxylgruppenhaltigen linearen Polyesters (mittleres Molekulargewicht: 1 000; OH-Zahl 112; Umsetzungsprodukt aus Adipin- säure und Neopentylglykol), 40 g Acrylsäure, 2 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p-Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl-hydrochinon und 190 g Toluol vorgelegt und unter Durchleiten von Luft auf Rückflusstemperatur erhitzt. Nach Abspaltung der theoretischen Wassermenge wurde das Toluol im Vakuum abdestilliert.
Das erhaltene Produkt wurde anschließend in einem mit Rührer, Thermometer und
Gaseinleitungsrohr versehenen 1 1-Kolben gefüllt und mit 0,1 g Desmorapid SO sowie 0,05 g Di-tert.-butyl-hychochinon versetzt und auf 60 bis 65°C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden unter Durchleiten von trockener Luft 50 g Isophorondusocyanat zugetropft. Die Reaktionsmischung wurde anschließend solange bei 60 bis 65°C gerührt, bis die NCO-Zahl unter 0,1 % abgesunken war.
Umsetzungsprodukt f:
500 g eines hydroxygruppenaufweisenden linearen Polyethers (mittleres Molekulargewicht: 1 000; Umsetzungsprodukt von Propandio-1,2 mit Propylenoxid), 40 g Acrylsäure, 2,7 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p-Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl- hydrochinon und 190 g Toluol wurden in der für das Umsetzungsprodukt e) beschriebenen Weise umgesetzt und nach Abdestillieren des Toluols mit 50 g Isophorondusocyanat ebenfalls wie für Umsetzungsprodukt e) beschrieben, umgesetzt.
Umsetzungsprodukt g: 600 g eines linearen hydroxylgruppenhaltigen Polyesters (mittleres Molekulargewicht: 2 000; Umsetzungsprodukt aus Adipinsäure mit Ethylenglykol, Diethylenglykol und Butandiol), 22,7 g Acrylsäure, 3,1 g p-Toluolsulfonsäure, 0,3 g p- Methoxyphenol, 0,3 g Di-tert.-butyl-hydrochinon und 220 g Toluol werden nach der für Umsetzungsprodukt d) beschriebenen Weise umgesetzt und nach Entfernen des Toluols mit 31,6 g Isophorondusocyanat ebenfalls wie für Umsetzungsprodukt e) beschrieben, umgesetzt.
Umsetzungsprodukt h:
500 g eines hydroxygruppenaufweisenden linearen Polyethers (mittleres Molekular- gewicht: 1 000; Umsetzungsprodukt aus Propandiol-1,2 mit Propylenoxid), 500 g
2-Hydroxyethylacrylat und 590 g Isophorondusocyanat werden unter den für Umsetzungsprodukt a) beschriebenen Bedingungen umgesetzt.
Der Dämpfungskoeffizient des Lichtleiters gemäß Beispiel 1 wurde für drei ver- schiedene Polycarbonate (unterschiedlicher Teilchengehalt) gemessen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Beispiel 13 (erfindungsgemäß; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 μm: 47 200 Teilchen 1,0-2,0 μm: 3 100 Teilchen 2,0-5,0 μm: 160 Teilchen 5,0-10 μm: 40
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 2,3 dB/m
Beispiel 14 (erfindungsgemäß; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 μm: 21 300
Teilchen 1 ,0-2,0 μm: 2200 Teilchen 2,0-5,0 μm: 310
Teilchen 5,0-10 μm: 90
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 1,3 dB/m
Beispiel 15 (Vergleich; Teilchen jeweils pro 1 Gramm Polycarbonat)
Teilchen 0,6-1,0 μm:170400
Teilchen 1,0-2,0 μm: 21 700
Teilchen 2,0-5,0 μm: 1 700 Teilchen 5,0-10 μm: 400
Dämpfungskoeffizient, gemessen bei 660 nm: 3,2 dB/m
Der Dämpfungskoeffizient wurde nach dem Verfahren gemessen, das in Tamaka et. al., "Fiber ander Integrated Optics", Band 7, Seite 139 (1987), beschrieben ist. Die Messung der Teilchenzahl im Polycarbonat erfolgte mit dem Gerät "Hiac/Royco 346 BCL". Dies ist ein Laserscangerät. Gemessen wurde an einer 2 %igen Lösung in Methylenchlorid für die Partikelmessung bis 10 μm und an einer 5 %igen Lösung für die Partikelmessung oberhalb von 10 μm. Die Messung erfolgte nach dem Verfahren, das in US-A 5 073 313 und in EP-A 0 379 130 beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Polycarbonat enthaltend wemger als 80 000 Teilchen pro Gramm Polycarbonat an in Polycarbonat unlöslichen Teilchen mit einer Größe von 0,3 bis 10 μm.
2. Verwendung des Polycarbonats nach Anspruch 1 zur Herstellung von Lichtleitern.
3. Lichtleiter umfassend einen Kern enthaltend das Polycarbonat nach Anspruch
1.
4. Lichtleiter nach Anspruch 3, wobei der Kern beschichtet ist.
5. Lichtleiter nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung ein Polymer enthält, das
Wiederholungseinheiten enthält, abgeleitet von den Monomeren
A) eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (I)
(I) in der
m für 2, 3 oder 4 steht,
D den m-wertigen Rest eines aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet, Rj Wasserstoff oder Methyl ist,
Z\, Z2 und Z3 unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel, die -N(R)-Gruppe, (in der R Wasserstoff oder unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist) oder einen zweiwertigen Rest der Formel (II)
O O
II II τn
— Z-C— NH— A-NH— C-Z— U stehen, in der
Z Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R)-Gruppe bedeutet, und
A ein unsubstituierter oder substituierter zweiwertiger
Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen, aralipha- tischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs ist,
Z4 für Sauerstoff, den zweiwertigen Rest der Formel (II) oder einen der folgenden zweiwertigen Reste
O 0 O
II O
II II II 0
0— c— 0- O-C-A. -C-O- — C— o- -NH-C-
fl fl fl
-NH— C-O— f — C-NH- ; -NH— C-NH- steht,
A\, A2, A3 und A4 unabhängig voneinander einen unsubstituierten oder substituierten zweiwertigen Rest eines aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatisch-aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffs bedeuten,
n für Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 20 steht,
p, q und r unabhängig voneinander den Wert Null oder 1 annehmen können und
1 einen solchen Zahlenwert hat, dass das Gewichtsmittel der Molmasse der Verbindung nach Formel (I) 450 bis 5000 beträgt, und
eine oder mehrere verschiedene Verbindungen nach Formel (III)
O II
CH 2==C-C— O— Ar 5 -C-ZR-R,
R, (Hl),
in der
R2 Wasserstoff oder Methyl ist,
A5 einen unsubstituierten oder substituierten zweiwertigen Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs bedeutet,
Z5 und Zg unabhängig voneinander für Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R')-Gruppen stehen, in der R1 H oder unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist, und
R3 ein unsubstituierter oder substituierter Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkyl-Rest ist.
6. Lichtleiter nach Anspruch 5, wobei Aj, A2, A3, A4 und A unabhängig voneinander für einen unsubstituierten oder substituierten, zweiwertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest stehen.
7. Lichtleiter nach Anspruch 5, wobei
p und q den Wert 1 haben,
Z2 und Z3 Sauerstoff bedeuten,
Z\ für Sauerstoff oder die Gruppe O— C-NH-A— NH-C-O
O O steht, in der A ein unsubstituierter oder substituierter, zweiwertiger Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen C2-Cχg-Kohlen- Wasserstoffs ist,
Z4 für Sauerstoff oder die Gruppe
oder O C-A3— C-O— steht)
O O in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter C2-Cι -Rest eines aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs ist,
A\ ein Ethylen- oder Propylen-1 ,2-Rest ist und A2, A3 und A4 unabhängig voneinander unsubstituierte oder substituierte, zweiwertige Reste, vorzugsweise C2-Cg-Reste, aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe sind.
8. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in Formel (III)
A5 ein unsubstituierter oder substituierter C2-C6-Alkylen-Rest ist,
Z5 und Zg unabhängig voneinander für Sauerstoff oder die -NH-Gruppe stehen und
R3 ein Cι-Cχ -Alkylrest ist.
9. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei in Formel (III)
R3 für einen unsubstituierten oder substituierten Cι-C5-Alkylrest,
A5 für einen Ethylenrest und
Z5 für Sauerstoff und Z5 für die -NH-Gruppe stehen.
10. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Anteil der Wiederholungseinheiten abgeleitet von den in Anspruch 5 unter A) genannten Monomeren in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und der Anteil der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den in Anspruch 5 unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 25 bis 75 Gew.-% beträgt und wobei die Summe der Anteile der Wiederholungseinheiten, abgeleitet von den in Anspruch 5 unter A) und unter B) genannten Monomeren, in dem Polymer 50 bis 100 Gew.-% beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung des Lichtleiters nach einem der Ansprüche 3 bis 10, durch Beschichten des Kerns des Lichtleiters mit einer Zusammensetzung enthaltend die Monomere A) und B) und einen oder mehrere verschiedene Fotoinitiatoren, wobei die Zusammensetzung auf dem Kern durch UV- Strahlen polymerisiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anteil des Fotoinitiators an der Zusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
13. Lichtleiter erhältich nach dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12.
14. Verwendung des Lichtleiters nach einem der Ansprüche 3 bis 10 oder nach Anspruch 13 in Transportmitteln.
15. Transportmittel enthaltend den Lichtleiter nach einem der Ansprüche 3 bis 10 oder nach Anspruch 13.
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