EP1334383A2 - Lichtleiter - Google Patents

Lichtleiter

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Publication number
EP1334383A2
EP1334383A2 EP01980515A EP01980515A EP1334383A2 EP 1334383 A2 EP1334383 A2 EP 1334383A2 EP 01980515 A EP01980515 A EP 01980515A EP 01980515 A EP01980515 A EP 01980515A EP 1334383 A2 EP1334383 A2 EP 1334383A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
melt
light guides
polycarbonate
preferred
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01980515A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Josef Behrens
Wolfgang Ebert
Thomas FÖLLINGER
Wolfgang Alewelt
Heinz-Dieter Brandt
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 EP1334383A2 publication Critical patent/EP1334383A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00663Production of light guides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/045Light guides
    • G02B1/046Light guides characterised by the core material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05Filamentary, e.g. strands
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0075Light guides, optical cables

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a light guide containing a core containing an amo ⁇ hes, transparent, thermoplastic polymer, wherein the processing of the polymer takes place via the melt and wherein the surfaces of the apparatus used in this method at the points where they are with the melt of the polymer come into contact completely or partially.
  • Optical fibers are used to transmit optical signals.
  • Light guides contain a 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 according to 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 light guide. The mechanical and optical properties of the coating are therefore of particular importance.
  • This system of core and coating can be surrounded by a shell or a jacket. This serves, for example, to protect against damage and environmental influences.
  • optical signal preferably by visible light
  • the transmission of the optical signal takes place primarily in the core in light guides. So especially the optical ones
  • Optical fibers made of polymers are known, for example, from A. Weinert, “Plastic Optical Waveguide”, Pulicis-MCD Verlag, 1998.
  • Light guides based on plastic-coated polycarbonate fibers are also known from:
  • EP-A 0 327 807 discloses light guides with a core made of polycarbonate and a coating made of polymerized acrylates and / or methacrylates.
  • a common method for producing light guides is pulling a fiber from a so-called preform, as is also practiced with glass light guides. This is a discontinuous process, which is useful when flawless preforms e.g. B. are accessible by bulk polymerization of polymers.
  • Essential properties for a polymeric light guide are its good transparency, which depends on the purity and the absorption spectrum of the starting polymer, its temperature resistance, which is based on the building blocks of the polymer, and its mechanical strength, which essentially depends on the molecular weight of the starting polymer and the production conditions of the light-guiding polymer Fiber is determined.
  • thermoplastic polymers Because of the favorable material properties, the basically easy processability and the high cost-effectiveness of thermoplastic polymers, it is favorable to provide light guides made of these materials. It is disadvantageous that the methods known from the prior art for producing light guides from thermoplastic polymers are often not suitable for producing light guides of high quality, in particular of high optical quality.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing light guides with good optical properties.
  • This object is achieved by a method for producing an optical waveguide containing a core containing an amorphous, transparent, thermoplastic polymer, the processing of the polymer taking place via the melt and the surfaces of the apparatus used in this method on the Places where they come into contact with the polymer melt are completely or partially inertized.
  • the surfaces where they come into contact with the polymer melt are completely inert.
  • melt of the polymer is extruded.
  • a method is preferred in which the inerting of the surfaces is achieved in that the surfaces consist of materials which contain less than 70% by weight of metallic iron.
  • the surfaces are rendered inert by the surfaces consisting of a nitride layer, particularly preferably of iron nitride.
  • the material mentioned is selected from the group consisting of ceramic materials, chromium-nickel alloys and stainless steel with an iron content of less than 70% by weight.
  • Another embodiment instead of building the corresponding parts from the preferred and particularly preferred materials is the cladding of unsuitable steels with the preferred and particularly preferred materials.
  • the light guides according to the invention preferably comprise a core made of polycarbonate and a coating containing a polymer which contains repeating units derived from the monomers
  • n 2, 3 or 4
  • D represents the m-valent radical of an aliphatic or aromatic hydrocarbon
  • Rl is hydrogen or methyl, Z ⁇ , Z2 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 )
  • Z represents oxygen, sulfur or the -N (R) group
  • A is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic hydrocarbon,
  • Aj, 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
  • p, q and r can independently assume the value zero or 1 and
  • R2 is hydrogen or methyl
  • A5 denotes an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbon
  • Z5 and Zg independently of one another represent oxygen, sulfur or the -N (R ') groups in which R' is H or unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, alkyl, aralkyl or aryl, and
  • R3 is an unsubstituted or substituted, preferably an unsubstituted, alkyl, cycloalkyl or aralkyl radical,
  • the coating contains one or more different stabilizers selected from the group consisting of organic phosphites and organic sulfides.
  • A, A 2 , A3, A4 and A independently of one another represent an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent ahphatic or cycloaliphatic hydrocarbon radical.
  • Z2 and Z3 mean oxygen
  • stands for oxygen or the group O— C-NH-A— NH-C-O, in
  • the A is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radical of an ahphatic or cycloaliphatic C2 -C -C g hydrocarbon, preferably the rest
  • OO A3 is an unsubstituted or substituted, preferably an unsubstituted, C2-Cj8 _ R es t of an ahphatic or cycloaliphatic hydrocarbon,
  • a 1 is an ethylene or propylene-1, 2 radical
  • A2, A3 and A4 are independently unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, divalent radicals, preferably C2-C radicals, aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons.
  • A5 is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, C2-C5 alkylene radical
  • Z5 and Z5 independently of one another represent oxygen or the -NH group
  • R3 is a Cj-Cjg alkyl group.
  • R3 is an unsubstituted or substituted, preferably unsubstituted, -C -C 5 -alkyl radical
  • Z5 stands for oxygen and Zg for the -NH group.
  • the stabilizers mentioned are compounds which offer protection against thermooxidative aging of the coating or which act as radical scavengers.
  • the stabilizers mentioned are selected from the group consisting of organic phosphites and organic sulfides.
  • concentrations of the stabilizers in the coating be 0.01% to 0.5% by weight.
  • Repeat units derived from the monomers mentioned under A) in the polymer is 25 ⁇ to 75% by weight and the proportion of repeat units derived from the monomers mentioned under B) in the polymer is 25 to 75% by weight and wherein the Sum of the proportions of the repeating units, derived from the monomers mentioned under A) and B), in the polymer 50 to
  • the method according to the invention for producing the light guides comprises coating the core of the light guides with a composition containing the monomers A) and B) and, if appropriate, stabilizers and one or more different photoinitiators, the composition on the core being exposed to UV rays is polymerized.
  • a method is preferred in which the proportion of the photoinitiator in the composition is 0.1 to 10% by weight.
  • the light guides according to the invention can be used in means of transport.
  • the coating preferred according to the invention contains one or more different stabilizers, preferably in concentrations from 0.01% by weight to
  • organic phosphites and organic sulfides are suitable as stabilizers.
  • organic sulfides with sterically hindered phenolic groups are very particularly preferred.
  • stabilizers which contain 3- [3 ', 5'-bis (l “, l” -dimethylethyl) -4'-hydroxyphenyl] propionic acid or structures derived therefrom as structural elements.
  • the method according to the invention has numerous advantages.
  • the advantageous properties of the polymer fibers, as they have already been mentioned, are not impaired. If necessary, they are even reinforced by the coating according to the invention in the light guides according to the invention.
  • the optical, mechanical and thermal properties of the light guides according to the invention are very good.
  • the curing rate of the coatings preferred according to the invention is very high, which enables advantageous production.
  • the coatings preferred 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 have advantageous mechanical properties, in particular the light guides according to the invention are unbreakable in comparison to light guides made of glass.
  • the light guides according to the invention enable considerably simplified handling and better connection technology.
  • the advantageous properties of light guides with a polycarbonate core are, 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 tear strength, and the low water absorption capacity.
  • Vehicles in the sense of the present invention are in particular automobiles, rail vehicles, ships and airplanes.
  • the stabilizers according to the invention are known or can be prepared by known processes. Some of them are commercially available. They are available, for example, from Ciba specialties GmbH, Lampertheim, Germany.
  • 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 ahphatic alcohols, e.g. Pentaerythritol, underlying hydrocarbon residues.
  • the trivalent residues of aliphatic or aromatic hydrocarbons include, for example, the ahphatic triols, such as glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane or hexanetriol, aromatic tricarboxylic acids, such as benzene-1,2,4-tricarboxylic acid or benzene-l, 3,5- called tricarboxylic acid or aromatic triisocyanates such as 2,4,6-Toluylentriisocyanat or 4,4, 4 "triphenylmethane triisocyanate, underlying hydrocarbon radicals.
  • the ahphatic triols such as glycerol, trimethylolethane, trimethylolpropane or hexanetriol
  • aromatic tricarboxylic acids such as benzene-1,2,4-tricarboxylic acid or benzene-l
  • 3,5- called tricarboxylic acid or aromatic triisocyanates such as 2,4,6-Tolu
  • Ai, A 2 , A 3 , A and A 5 are optionally substituted divalent
  • Residues of aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic carbon Hydrogen especially the ahphatic diols such as ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 2,2-dimethyl-l, 3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 2,3- Butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6- and 2,5-hexanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, 2,2,4-trimethylpentanediol-l, 3, 2-methylpen- tandiol-2,4 and 2-ethylhexanediol-1, 3 or cycloaliphatic diols, such as 2,2-dimethyl-4,4-dimethyl-cyclobutanedio
  • ahphatic 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-
  • 1,3-, 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, 5 -Methylisophthalic acid, tetrahydrophthalic acid and hexahydroendomethylenetetra-hydrophthalic acid, the underlying hydrocarbon radicals.
  • the optionally substituted, divalent aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic hydrocarbon radicals are, in particular, the ahphatic diisocyanates, such as 1,6-hexamethylene diisocyanate or trimethylhexamethylene-1,6-diisocyanate, cycloaliphatic diisocyanates, such as cyclohexane-1,4-diisocyanate, cyclopentane-1 , 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 -Toluylene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane isocyanate, 4.4 l -diphenylmethane diisocyanate and 4,
  • optionally substituted alkyl radicals are C 1 -C 4 -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, optionally by methyl groups substituted cyclopentyl and cyclohexyl radicals called.
  • araliphatic radicals such as methyl, ethyl, propyl, n-butyl, sec-butyl, i-propyl, tert-butyl, i-butyl, Pentyl, i-pentyl,
  • Residues are primarily 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 polymers according to the invention can contain customary additives.
  • the light guides produced according to the invention can contain further constituents.
  • they can contain adhesion-promoting intermediate layers.
  • they can contain protective sheath layers, especially those that are flexible but resistant to aqueous solutions as well as mineral oils and fuels, such as thermoplastic polyurethanes and rubbers.
  • the coatings preferred according to the invention can contain customary additives.
  • the coatings preferred according to the invention can contain, in addition to components A and B, customary additives, such as, for example, solvents which are inert to polycarbonates, polymerization inhibitors, antioxidants, etc.
  • Photo initiators are known and customary in the trade. As photo initiators are e.g. called: benzoin, benzoin ether, benzyl ketals, benzophenone, thioxanthone and their derivatives e.g. Benzylmethyl ketal and 2-hydroxy-2-methyl-l-phenyl-propan-1-one.
  • transparent and amorphous, thermoplastic polymers can be used.
  • Polycarbonates are preferred among them.
  • the transparent, amorphous, thermoplastic polymers mentioned and their preparation are known to the person skilled in the art.
  • polycarbonate and its production are known to the person skilled in the art.
  • Polymers as used in the process according to the invention are those whose transparency is sufficient for light conduction. These are amorphous polymers and polycondensates that can be based on one or more monomers, such as. B. the esters and their copolymers or mixtures of acrylic acid and methacrylic acid, such as those in which alcohols to C ig alcohols (where appropriate branched) have been used for the esterification, especially the methyl, butyl and phenyl esters.
  • polystyrene and its copolymers and blends hydrogenated polystyrene, cyclic polyolefins and their copolymers with alkenes, especially ethylene and propylene, provided that these polymers are transparent and polycarbonates and polyesters based on terephthalic acid esters, isophthalic acid esters, naphthalenedicarboxylic acid esters and mixtures thereof, and also the corresponding suitable diols and their mixtures which give transparent polycondensates or polycarbonates of one or more bisphenols and their transparent blends.
  • the amorphous, transparent, thermoplastic polymer used which is in particular polycarbonate, contains less than 80,000 particles per gram of polymer of particles which are insoluble in the polymer and have a size of 0.3 to 10 ⁇ m. It preferably contains less than 45,000 particles / g with a size of 0.3 to 0.6 ⁇ m and less than
  • Polycarbonates of bisphenols and their blends with polyesters of aromatic acids are also preferred according to the invention.
  • EP-A 0 143 906, DE-A 21 40207) and mold release agents can be produced.
  • 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.
  • Polycarbonates preferred according to the invention are polycarbonates whose purity levels for optical applications, e.g. optical storage media are suitable and their low molecular weights make them suitable for the production of compact discs, DVDs, etc.
  • Examples include polycarbonates with an Mw of 12,000 to 25,000, preferably 15,000 to 22,000, very particularly preferably 17,000 to 21,000 g / mol.
  • 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. according to the phase interface process from bisphenol and phosgene or according to the melt transesterification process from carbonic acid ester and bisphenol.
  • the viscosity of the compositions which can be applied to the polycarbonate fibers in a preferred embodiment according to the invention and can be polymerized by UV rays can be varied within wide limits by the choice of the molecular weight of components A and B and / or by the quantitative ratio of components A and B. provided spinning speeds and spinning temperatures of the polycarbonate fibers can be set.
  • 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. In terms of the process, the polycarbonate core of the light guide of the polycarbonate fibers can first be produced and later provided with the coating materials to be applied according to the invention. 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
  • the polymer layer is preferably a thermoplastic elastomer.
  • the light guides can be glued into a bundle or strips by the coating.
  • 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. To do this, the surface of the light guide is damaged at the desired location. This couples light. Alternatively, the light can be directed to the desired location to be illuminated. For example, fittings can be illuminated, for example in electronic devices such as radios or computers.
  • Extruders as can be used in the process according to the invention are single-screw and twin-screw extruders. Two-shaft extruders are preferred, those with counter-rotating shafts being preferred over those with co-rotating shafts. If necessary, the shafts can be occupied
  • one or more gear pumps can be connected downstream of the extruder as a discharge unit. Dead spaces in the melt guide must be avoided. Periodic fluctuations in thickness can be minimized by changing the tooth shape and the number of teeth on the gear wheels of the gear pumps, as well as by increasing the rotational frequency.
  • Materials such as those for the surfaces of the melt-carrying parts of the apparatus used in the process for producing the light guide are those which are inert to the polymer melt, in particular a polycarbonate melt.
  • extrusion apparatus i.e. e.g. extruders, gear pumps and nozzles, as well as connecting parts
  • materials which are inert to the polymer melt, in particular a polycarbonate melt are, in particular, stainless steels, especially those with a low iron content and in particular those with an inert surface, such as those e.g. can be produced by nitridization.
  • Other preferred materials for the melt-carrying surfaces are low-iron alloys, in particular chromium-nickel alloys as are known under the trade names Alloy and Hastelloy. Ceramic materials are also preferred.
  • Light guides as they are produced using such an apparatus are preferably provided with a coating on line.
  • This coating is part of the optical system and must have a lower refractive index than the light-conducting core material. Therefore, if aliphatic polymers are used for the light-conducting core, such as, for example, acrylates or methacrylates, it makes sense to use fluorinated polymers or lacquers as a coating, since the refractive index is reduced by the fluorination. Conversely, it is alternatively or additionally possible to increase the refractive index of the polymer used as the light-conducting core by deuterating the building blocks used there.
  • the coating can be applied as a thermoplastic by coextrusion or from solution from a solvent which is inert to the core material, or by painting and then curing the paint by means of temperature or UV radiation.
  • Preferred coating compositions are UV-curing. Particularly preferred coatings have been described above in the text.
  • the discoloration of the polymer was assessed as a measure of the suitability of a material for the surfaces of the parts of the apparatus in contact with the polymer for the process according to the invention when it had been in contact with the corresponding material as a melt at a defined temperature for a certain time.
  • the homopolycarbonate based on bisphenol A was used as the polymer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters enthaltend einen Kern enthaltend ein amorphes, transparentes, thermoplastisches Polymer, wobei die Verarbeitung des Polymeren über die Schmelze erfolgt und wobei die Oberflächen der in diesem Verfahren verwendeten Apparaturen an den Stellen an denen sie mit der Schmelze des Polymeren in Berührung kommen ganz oder teilweise inertisiert sind.

Description

Lichtleiter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters enthaltend einen Kern enthaltend ein amoφhes, transparentes, thermoplastisches Polymer, wobei die Verarbeitung des Polymeren über die Schmelze erfolgt und wobei die Oberflächen der in diesem Verfahren verwendeten Apparaturen an den Stellen an denen sie mit der Schmelze des Polymeren in Beriihrung kommen ganz oder teilweise inertisiert sind.
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 dem 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. Lichtleiter aus Polymeren sind z.B. bekannt aus A. Weinert, „Kunststoff-Lichtwellenleiter", Pulicis-MCD Verlag, 1998.
Lichtleiter auf Basis kunststoffbeschichteter Polycarbonat-Fasern sind auch bekannt aus:
(a) EP-A 0 203 327;
(b) JP-A 84/216 104:
(c) JP-A 84/216 105:
(d) JP-A 84/218 404;
(e) JP-A 86/231 510:
(f) JP-A 86/240206:
(g) JP-A 86/245 110:
(h) JP-A 86/278 807,
In diesen Veröffentlichungen sind Lichtleiter auf Basis von Polycarbonat-Fasern beschrieben, deren Polycarbonatkern mit bestimmten, Fluor enthaltenden Polymerisaten ((a), (e), (f), (h)), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylmethacryla- ten, Styrol oder Vinyltoluol und Maleinsäureanhydrid (b), mit bestimmten Mischpolymerisaten auf Methylmethacrylaten, α-Methylstyrol und Maleinsäureanhydrid (c), mit bestimmten Mischpolymerisaten aus Methylrnethacrylat, α-Methylstyrol, Styrol und Maleinsäureanhydrid (d) und mit Siliconharzen, Silicon- Acrylat-Harzen, Urethan-Acrylat-Harzen, Polyamiden oder Poly-4-methylpenten-l (g) überzogen sind.
EP-A 0 327 807 offenbart Lichtleiter mit einem Kern aus Polycarbonat und einer Beschichtung aus polymerisierten Acrylaten und/oder Methacrylaten.
Ein übliches Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern ist das Ziehen einer Faser aus einer sogenannten Preform, wie es auch bei Lichtleitern aus Glas praktiziert wird. Dies ist ein diskontinuierliches Verfahren, das sich anbietet, wenn fehlerfreie Vorformen z. B. durch Massepolymerisation von Polymeren zugänglich sind.
Bei thermoplastischen Polykondensaten, bei denen aufgrund der flüchtigen Bestand- teile, die im Verlauf des Molekulargewichtsaufbaus aus der Schmelze entfernt werden müssen, und auch aufgrund des Schrumpfes der abkühlenden Schmelze solche fehlerfreien Preformen schwer zugänglich sind, bietet sich die Herstellung einer lichtleitenden Faser mittels Extrusion an.
Für einen polymeren Lichtleiter wesentliche Eigenschaften sind seine gute Transparenz, die von der Reinheit und dem Absorptionsspektrum des Ausgangspolymeren abhängt, seine Temperaturbeständigkeit, die auf den Bausteinen des Polymers basiert und seine mechanische Festigkeit, die im Wesentlichen von dem Molekulargewicht des Ausgangspolymeren und den Herstellungsbedingungen der lichtleitenden Faser bestimmt wird.
Wegen der günstigen Werkstoffeigenschaften, der im Grundsatz leichten Verarbeit- barkeit und der hohen Wirtschaftlichkeit von thermoplatischen Polymeren ist es günstig, Lichtleiter aus diesen Werkstoffen bereitzustellen. Nachteilig ist, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern aus thermoplastischen Polymeren häufig nicht geeignet sind um Lichtleiter hoher Qualität, insbesondere hoher optischer Qualität, herzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern mit guten optischen Eigenschaften bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters enthaltend einen Kern enthaltend ein amorphes, transparentes, thermoplastisches Polymer, wobei die Verarbeitung des Polymeren über die Schmelze erfolgt und wobei die Oberflächen der in diesem Verfahren verwendeten Apparaturen an den Stellen an denen sie mit der Schmelze des Polymeren in Berührung kommen ganz oder teilweise inertisiert sind.
Es ist bevorzugt, dass die Oberflächen an den Stellen an denen sie mit der Schmelze des Polymeren in Berührung kommen ganz inertisiert sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schmelze des Polymeren extrudiert wird.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Inertisierung der Oberflächen dadurch erreicht wird, dass die Oberflächen aus Werkstoffen bestehen, die weniger als 70 Gew.-% metallisches Eisen enthalten.
Weiterhin bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Inertisierung der Oberflächen dadurch erreicht wird, dass die Oberflächen aus einer Nitridschicht, besonders bevorzugt aus Eisennitrid, bestehen.
Es ist bevorzugt, dass der genannte Werkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, Chrom-Nickel-Legierungen und Edelstahl mit einem Eisengehalt von weniger als 70 Gew.-%.
Ganz besonders bevorzugt sind Werkstoffe mit weniger als 10 Gew.-% metallisches Eisen an der Oberfläche, wie z.B.
Alloy 59 (2.4605) Inconell 686 (2.4606) Alloy B-2 Alloy B-3
Alloy B-4 Hastelloy C-32 Hastelloy C-276 Hastelloy C-4 Tantal
sowie vollständig mit einer Eisennitridschicht belegte Stahloberflächen.
Eine andere Ausführungsform statt des Baues der entsprechende Teile aus den bevorzugten und besonders bevorzugten Materialien ist das plattieren ungeeigneter Stähle mit den bevorzugten und besonders bevorzugten Materialien.
Lichtleiter mit Polycarbonat-Kern und erfindungsgemäß bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter umfassen bevorzugt einen Kern aus Polycarbonat und eine Beschichtung enthaltend ein Polymer, das Wiederholungseinheiten enthält, abgeleitet von den Monomeren
A) 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,
Rl 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, bevorzugt unsubstituiertes, Alkyl, Aralkyl oder Aryl ist) oder einen zweiwertigen Rest der Formel (II)
O O
— Z-C— NH— A-NH— C-Z— ^) stehen, in der
Z Sauerstoff, Schwefel oder die -N(R)-Gruppe bedeutet, und
A ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, 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
0 Q 0 0 0
II II 11 II II
0— c— 0— o-c— A3— c-o- -c— 0- -NH-C
-NH- 8C-O— _ — fic-NH- , -NH— fl C-NH- steht,
Aj, 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 Zg 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 unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt ein unsubstituierter, Alkyl-, Cycloalkyl- oder Aralkyl-Rest ist,
wobei die Beschichtung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen oder mehrere verschiedene Stabilisatoren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Phosphiten und organischen Sulfiden enthält. Unter den genannten Lichtleitern sind solche besonders bevorzugt, bei denen A , A2, A3, A4 und A unabhängig voneinander für einen unsubstituierten oder substituierten, bevorzugt unsubstituierten, zweiwertigen ahphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest stehen.
Weiterhin sind unter den genannten Lichtleitern solche besonders bevorzugt, bei denen p und q den Wert 1 haben,
Z2 und Z3 Sauerstoff bedeuten,
∑ι 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 ahphatischen oder cycloaliphatischen C2-Cι g-Ko- hlenwasserstoffs, vorzugsweise der Rest
Z4 für Sauerstoff oder die Gruppe
oder -fj-As-C-O- steht, O O in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt ein unsubstituierter, C2-Cj8_Rest eines ahphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs ist,
A 1 ein Ethylen- oder Propylen-1 ,2-Rest ist und
A2, A3 und A4 unabhängig voneinander unsubstituierte oder substituierte, bevorzugt unsubstituierte, zweiwertige Reste, vorzugsweise C2-C -Reste, aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe sind.
Unter den genannten Lichtleitern sind weiterhin diejenigen besonders bevorzugt, bei denen in Formel (III)
A5 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt unsubstituierter, C2-C5- Alkylen-Rest ist,
Z5 und Z5 unabhängig voneinander für Sauerstoff oder die -NH-Gruppe stehen und
R3 ein Cj-Cjg-Alkylrest ist.
Unter den genannten Lichtleitern sind weiterhin diejenigen besonders bevorzugt, 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 Zg für die -NH-Gruppe stehen. Die genannten Stabilisatoren sind Verbindungen, die Schutz gegen thermooxidative Alterung der Beschichtung bieten oder die als Radikalfänger wirken.
Die genannten Stabilisatoren sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus orga- nischen Phosphiten und organischen Sulfiden.
Es ist bevorzugt, dass die Konzentrationen der Stabilisatoren in der Beschichtung 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% beträgt.
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 B) genannten Monomeren, in dem Polymer 50 bis
100 Gew.-%, besonders bevorzugt 100 Gew.-% beträgt.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Lichtleiter das Beschichten des Kerns der Lichtleiter mit einer Zusammensetzung enthaltend die Monomere A) und B) und die gegebenenfalls Stabilisatoren und einen oder mehrere verschiedene Fotoinitiatoren, wobei die Zusammensetzung auf dem Kern durch UV-Strahlen polymerisiert wird.
Bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei dem der Anteil des Fotoinitiators an der Zusammensetzung 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können in Transportmitteln verwendet werden.
Die erfindungsgemäß bevorzugte Beschichtung enthält einen oder mehrere ver- schiedene Stabilisatoren, bevorzugt in Konzentrationen von 0,01 Gew.-% bis
0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%. Erfmdungsgemäß sind als Stabilisatoren Verbindungen geeignet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Phosphiten und organischen Sulfiden. Ganz besonders bevorzugt sind organische Sulfide mit sterisch gehinderten phenolischen Gruppen.
Weiterhin bevorzugt sind dabei Stabilisatoren, die als Strukturelement 3-[3',5'- Bis(l",l"-dimethylethyl)-4'-hydroxyphenyl]propionsäure oder davon abgeleitete Strukturen enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat zahlreiche Vorteile. Die vorteilhaften Eigenschaften der Polymerfasern, wie sie bereits genannt wurden, werden nicht beeinträchtigt. Sie werden gegebenenfalls durch die erfindungsgemäße Beschichtung in den erfindungsgemäßen Lichtleitern sogar noch verstärkt. Die optischen, mecha- nischen und thermischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lichtleiter sind sehr gut.
Die Härtungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäß bevorzugten Beschichtungen ist sehr hoch, wodurch eine vorteilhafte Herstellung möglich wird.
Die erfindungsgemäß bevozugten Beschichtungen gewährleisten, dass es zu keiner Spannungsrissbildung in der Polycarbonatfaser kommt.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtleiter in Transportmitteln ist vorteil- haft, weil die erfindungsgemäßen Lichtleiter gegenüber bekannten Lichtleitern, beispielsweise solchen aus Glas, eine Gewichtsreduktion ermöglichen. Außerdem haben sie vorteilhafte mechanischen Eigenschaften, insbesondere sind die erfindungsgemäßen Lichtleiter im Vergleich zu Lichtleitern aus Glas unzerbrechlich. Außerdem ermöglichen die erfindungsgemäßen Lichtleiter eine wesentlich vereinfachte Hand- habung und eine bessere Verbindungstechnik. Die vorteilhaften Eigenschaften von Lichtleitern mit Polycarbonatkern sind 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.
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 erfindungsgemäßen Stabilisatoren sind bekannt oder lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen. Teilweise sind sie im Handel erhältlich. Sie sind beispielsweise bei der Firma Ciba Spezialitäten GmbH, Lampertheim, Deutschland, erhältlich.
Die Monomeren 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 ahphatischen Alkohole, wie z.B. Pentaerythrit, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D seien als dreiwertige Reste aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe beispielsweise die ahphatischen 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 4,4,,4"-Triphenylmethantriisocyanat, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt.
Für D, Ai, A2, A3, A und A5 seien als gegebenenfalls substituierte zweiwertige
Reste aliphatischer, cycloaliphatischer, araliphatischer oder aromatischer Kohlen- wasserstoffe vor allem die ahphatischen Diolen, wie Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 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, Tri ethylenglykol, 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 ahphatischen 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 ahphatischen 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 Diisocyanaten wie 2,4- und 2,6-Toluylen-diisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenyhnethandi- isocyanat, 4,4l-Diphenylmethandiisocyanat und 4,4'-Diphenyletherdiisocyanat, zugrundeliegenden Kohlenwasserstoffreste genannt. Für R3 seien als gegebenenfalls substituierte Alkyheste C^-Ci - Alkyheste 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 Methyl- gruppen 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 Acrylsäurederi- vaten oder Methacrylsäurederivaten umgesetzte Polyether und/oder Polyester-Poly- ole.
Bei Verbindungen der Formel (III) (monofunktionelle Acrylate oder Methacrylate) handelt es sich um mit Acrylsäureester oder Methacrylsäureester, die zusätzlich eine Ester-, Urethan- und/oder Harnstoffgruppe aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Polymere können übliche Additive enthalten.
Die erfindungsgemäß hergestellten Lichtleiter können weitere Bestandteile enthalten. Beispielsweise können sie haftungsfordernde 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 erfindungsgemäß bevorzugten Beschichtungen können übliche Additive enthalten. Die erfindungsgemäß bevorzugten 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. Benzylmethylketal und 2-Hydroxy-2-methyl-l-phenyl- propan-1-on.
Erfindungsgemäß können transparente und amorphe, thermoplastische Polymere verwendet werden. Polycarbonate sind unter diesen bevorzugt. Die genannten transparenten, amorphen, thermoplatischen Polymere und ihre Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere ist dem Fachmann Polycarbonat und seine Herstellung bekannt.
Polymere wie sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden sind solche, deren Transparenz zur Lichtleitung ausreicht. Es sind dies amorphe Polymerisate und Polykondensate die auf einem oder mehreren Monomeren basieren können, wie z. B. die Ester und deren Copolymere oder Mischungen der Acrylsäure und Methacrylsäure, wie die, in denen -Alkohole bis C ig- Alkohole (gegebenfalls verzweigt) zur Veresterung verwendet wurden, besonders die Methyl-, Butyl- und Phenylester. Weiterhin geeignet ist Polystyrol und dessen Copolymerisate und Abmischungen, hydriertes Polystyrol, cyclische Polyolefine und deren Copolymerisate mit Alkenen, insbesondere Ethylen und Propylen, sofern diese Polymere transparent sind und Polycarbonate und Polyester auf Basis von Terephthalsäure- estern, Isophthalsäureestern, Naphthalindicarbonsäureestern und deren Mischungen, sowie den entsprechenden geeigneten Diolen und deren Mischungen, die transparente Polykondensate ergeben oder Polycarbonate aus einem oder mehren Bisphenolen und deren transparente Blends. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das eingesetzte amorphe, transparente, thermoplastische Polymer, das insbesondere Polycarbonat ist, weniger als 80 000 Teilchen pro Gramm Polymer an in dem Polymer unlöslichen Teilchen mit einer Größe von 0,3 bis 10 μm. Bevorzugt enthält es 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 bis 1,0 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 weniger als 200 Teilchen/g mit einer Größe von 5,0 bis 10 μm. Besonders bevorzugt enthält es weniger als 30 000 Teilchen/g mit einer Größe von 0,3 bis 0,6 μm und weniger als 20 000 Teilchen/g mit einer Größe 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 enthält es 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. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der genannte Teilchengehalt sowohl im eingesetzten Polymer als auch im Lichtleiterkern nach der Verarbeitung des Polymers die genannten Obergrenzen nicht übersteigt.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind auch Polycarbonate aus Bisphenolen und deren Blends mit Polyestern aromatischer Säuren.
Polycarbonate und die gängigen Verfahren zu ihrer Herstellung sind z.B. in "Che- mistry 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 Trisphenolen 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.
Erfmdungsgemäß bevorzugte Polycarbonate sind Polycarbonate, deren Reinheitsgrade für optischen Anwendungen, z.B. optische Speichermedien geeignet sind und deren niedrige Molekulargewichte sie zur Herstellung von Compact Discs, DVD u.s.w., geeignet machen. Beispielhaft seien Polycarbonate mit einem Mw von 12 000 bis 25 000, bevorzugt 15 000 bis 22 000, ganz besonders bevorzugt 17 000 bis 21 000 g/mol genannt.
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 des Copolycarbonats auf Basis der beiden Monomere Bisphenol A und l,l-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.
Die Viskosität der in einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausfuhrungsform auf die Polycarbonatfasern aufzubringenden, durch UV-Strahlen polymerisierbaren Zu- sammensetzungen 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 Zusammensetzungen 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 Polycarbonat-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 duch die Beschichtung zu einem Bündel oder Bändern verklebt sein.
Der Durchmesser der Lichtleiter ist bevorzugt zwischen 0,05 mm bis 5 mm, besonders 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.
Extruder wie sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können sind Einnwellen- und Zweiwellenextruder. Bevorzugt sind Zweiwellenextruder, wobei solche mit gegenläufig drehenden Wellen gegenüber denen mit gleich- laufenden Wellen bevorzugt werden. Die Besetzung der Wellen kann gegebenenfalls
Knetelemente enthalten, jedoch ist darauf zu achten, dass die Aufschmelzung und die Verarbeitung des Polymeren unter möglichst schonenden Bedingungen durchgeführt wird.
Um eine gleichmäßige Kalibrierung des abgesponnenen Lichtleiters zu erreichen kann dem Extruder als Austragsaggregat eine oder mehrere Zahnradpumpen, mit oder ohne vorherige Schmelzenfiltration, nachgeschaltet werden. Hierbei sind Toträume in der Schmelzenfuhrung zu vermeiden. Periodische Dickenschwankungen können durch Veränderung der Zahnform und der Zahnanzahl der Zahnräder der Zahnradpumpen, sowie durch erhöhen der Drehfrequenz, minimiert werden.
Materialien wie sie für die Oberflächen der schmelzenführenden Teile der Apparaturen, die im Verfahren zur Herstellung der Lichtleiter verwendet werden, insbesondere handelt es sich um eine Extrusionsapparatur, also z.B. um Extruder, Zahnradpumpen und Düsen, sowie verbindende Teile, sind solche die der Polymerschmelze, insbesondere einer Polycarbonatschmelze gegenüber inert sind. Es sind dies insbesondere Edelstahle, besonders solche mit niedrigem Eisengehalt und insbesondere solche mit inertisierter Oberfläche, wie sie z.B. durch Nitridisierung hergestellt werden kann. Andere, bevorzugte Materialien für die schmelzeführenden Oberflächen sind eisenarme Legierungen, insbesondere Chrom-Nickel-Legierungen wie sie unter den Handelsnamen Alloy und Hastelloy bekannt sind. Bevorzugt sind weiterhin keramische Materialien.
Lichtleiter wie sie mittels einer solchen Apparatur hergestellt werden, werden bevorzugt on line mit einer Beschichtung versehen. Diese Beschichtung gehört zum optischen System und muss einen niedrigeren Brechungsindex haben als das lichtleitende Kernmaterial. Werden daher für den lichtleitenden Kern aliphatische Polymere verwendet, wie z.B. Acrylate oder Methacrylate so ist es sinnvoll, fluorierte Polymere oder Lacke als Beschichtung zu verwenden, da durch die Fluorierung der Brechungsindex gesenkt wird. Umgekehrt ist es möglich alternativ oder zusätzlich den Brechungsindex des als lichtleitenden Kern verwendeten Polymers zu erhöhen in dem man die dort verwendeten Bausteine deuteriert. Die Beschichtung kann als Thermoplast durch Coextrusion oder aus Lösung aus einem für das Kernmaterial inerten Lösungsmittel aufgebracht werden oder durch eine Lackierung und einer anschließenden Härtung des Lackes mittels Temperatur oder UV-Strahlung. Bevorzugte Beschichtungszusammensetzungen sind UV- härtend. Besonders bevorzugte Beschichtungen wurden weiter oben im Text beschrieben.
Beispiele
Als Maß für die Eignung eines Werkstoffs für die Oberflächen der polymerberührten Teile der Apparaturen für das erfindungsgemäße Verfahren wurde die Verfärbung des Polymers beurteilt, wenn dieses eine bestimmte Zeit als Schmelze mit dem entsprechenden Werkstoff bei einer definierten Temperatur in Kontakt war.
Als Polymer wurde das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A verwendet.

Claims

Patentansprtiche
1. Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters enthaltend einen Kern enthaltend ein amorphes, transparentes, thermoplastisches Polymer, wobei die Verarbei- tung des Polymeren über die Schmelze erfolgt und wobei die Oberflächen der in diesem Verfahren verwendeten Apparaturen an den Stellen an denen sie mit der Schmelze des Polymeren in Berührung kommen ganz oder teilweise inertisiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberflächen an den Stellen an denen
, ι sie mit der Schmelze des Polymeren in Berührung kommen ganz inertisiert sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schmelze des Polymeren extrudiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymere Polycarbonat ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polycarbonat das Homopolycarbonat auf Basis von Bisphenol A ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Inertisierung der Oberflächen dadurch erreicht wird, das die Oberflächen aus Werkstoffen bestehen, die weniger als 70 Gew.-% metallisches Eisen enthalten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Inertisierung der Oberflächen dadurch erreicht wird, dass die Oberflächen aus einer Nitridschicht bestehen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Nitridschicht aus Eisennitrid besteht. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Werkstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus keramischen Materialien, Chrom-Nickel-Legierungen und Edelstahl mit einem Eisengehalt von weniger als 70 Gew.-%.
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