NL1002317C2

NL1002317C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van optische staafvormige polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex, vormdelen verkregen volgens deze werkwijze en optische lens en optische vezel onder toepassing hiervan.

Info

Publication number: NL1002317C2
Application number: NL1002317A
Authority: NL
Inventors: Cornelis Wilhelmus Bastiaansen; Franciscus Gerardus Duijnhoven
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-14
Also published as: EP0881961A1; ATE197692T1; WO1997029903A1; DE69703579T2; JP2000506622A; KR19990082510A; EP0881961B1; US6166107A; DE69703579D1; AU1675997A

Description

-1-

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van optische staaf vormige polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex, vormdelen verkregen volgens deze werkwijze en optische lens en optische vezel onder toepassing hiervan.

5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van optische staafvormige polymere vormdelen, met een gradiënt voor de brekingsindex door de samenstelling van het vormdeel bij het centrum te doen verschillen van de samenstelling 10 van de mantel van het vormdeel, door het onder roteren polymeriseren van het mengsel dat de uitgangsstoffen bevat. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op optische staafvormige polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex en optische lenzen en optische vezels onder toepassing van een dergelijk vormdeel.

15 Een dergelijke werkwijze voor het vervaardigen van polymere vormdelen met een brekingsindexgradiënt is bekend uit het artikel "Review Polymer Optical Fibres", Emslie, C., Journal of Materials Science, 23, (1988), bladzijden 2281-2293. De in dit artikel beschreven vormdelen bezitten een brekingsindexgradiënt over de dwarsdoorsnede van het vormdeel 20 die verkregen is doordat de chemische samenstelling van het copolymeer geleidelijk verandert over de dwarsdoorsnede. De vormdelen worden vervaardigd door een mengsel van twee monomeren met daaraan toegevoegd een voor ultraviolet licht gevoelige initiator in een glazen buis over te brengen. Deze buis wordt uitwendig bestraald met ultraviolet licht en 25 langzaam geroteerd om een gelijkmatige bestraling over de omtrek van de buis te verkrijgen. Ten gevolge van de beperkte indringdiepte van het ultraviolet licht start de polymerisatie tegen de binnenwand van de buis.

De reactiviteitsverhoudingen van de monomeren worden zodanig gekozen dat een van de monomeren tijdens het begin van de polymerisatie bij voorkeur 30 polymeriseert aan de binnenwand van de buis. Vervolgens verloopt de rest van de polymerisatie van de buitenkant van het vormdeel naar de binnenkant van het vormdeel waarbij steeds minder van het eerste monomeer en steeds meer van het tweede monomeer wordt gepolymeriseerd. De chemische samenstelling van het vormdeel verandert dus geleidelijk van de buitenkant 35 van het vormdeel naar de binnenkant van het vormdeel en het vormdeel bestaat uit een zeer groot aantal verschillende copolymeren met een andere 1002317.

4 -2- chemische samenstell ing. Bovendien is het mogel i jk de optische eigenschappen van de vormdelen verder te optimaliseren door gebruik te maken van een derde monomeer waardoor een gelijkmatiger brekingsindexprofiel wordt verkregen. De maximale diameter van de staafvormige vormdelen vervaardigd 5 volgens deze methode is beperkt doordat tijdens polymerisatie het tweede monomeer naar binnen moet diffunderen. Hierdoor moet de polymerisatie langzaam verlopen hetgeen de maximale diameter in de praktijk limiteert tot ongeveer 0,01 meter.

Optische polymere vormdelen met een gradiënt voor de 10 brekingsindex, waarbij de brekingsindex in het centrum van het vormdeel verschilt van de brekingsindex aan de mantel van het vormdeel, zijn in het bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij een hoge datatransmissie-capaciteit is gewenst, met name in computernetwerken. Door het introduceren van een brekingsindexgradiënt over de dwarsdoorsnede van het optische 15 polymere vormdeel wordt pulsverbreding van het uitgangssignaal voorkomen.

De lichtstralen die propageren op de as hebben de kortste weglengte maar de laagste snelheid omdat de brekingsindex op de as van het vormdeel het hoogst is. Lichtstralen die een karakteristiek sinusvormig pad volgen hebben een langere weglengte maar een hogere snelheid doordat ze 20 voornamelijk in gebieden met een lagere brekingsindex, te weten aan de mantel van het vormdeel, propageren. Door het aanbrengen van een gradiënt voor de brekingsindex wordt de pulsverbreding voorkomen waardoor de datatransmissiecapaciteit wordt verhoogd.

Verrassenderwijs is nu gevonden dat staafvormige 25 polymere vormdelen met een brekingsindexgradiënt over de dwarsdoorsnede en een grote diameter (0,01 t/m 0,5 meter) kunnen worden vervaardigd uit mengsels van twee polymeren. Bovendien is nu gevonden dat deze staafvormige polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex over de dwarsdoorsnede kunnen worden vervaardigd uit een enerzijds een mengsel, 30 bestaande uit een polymeer in een monomeer of mengsel van monomeren, of anderzijds een mengsel van monomeren, door het mengsel te roteren en te polymeriseren waarbij korte polymerisatietijden kunnen worden gebruikt bij grote diameters van het te vervaardigen vormdeel.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zoals 35 vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt doordat de gradiënt wordt bereikt door het roteren van enerzijds een mengsel van verschillende monomeren 1002317.

i -3- en vervolgens het mengsel te polymeriseren onder roteren, of anderzijds door het roteren van een monomeer en polymeer bevattend mengsel, waarbij het monomeer afwijkend is van het monomeer waaruit het polymeer is bereid, welk monomeer in het mengsel vervolgens onder roteren wordt gepolymeri-5 seerd. De concentratiegradiënt van het polymeer in het monomeer of mengsel van monomeren ontstaat ten gevolge van het gravitatieveld waarna het monomeer of mengsel van monomeren in het mengsel onder roteren wordt gepolymeri seerd en het tweede polymeer wordt gevormd om de samenstel 1ings-gradiënt over de dwarsdoorsnede van het staafvormige vormdeel te fixeren.

10 Bij voorkeur heeft het polymeer in het mengsel een hogere dichtheid dan het monomeer of het polymeer gevormd uit dit monomeer.

Door dit verschil in dichtheid zal de concentratie van het monomeer in het mengsel in het centrum tijdens het roteren het hoogst zijn.

Volgens de onderhavige uitvinding is het thans mogelijk 15 optische polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex te vervaardigen waarbij het vormdeel is opgebouwd uit twee homopolymeren waardoor het optreden van pulsverbreding wordt geminimaliseerd en de datatransmissiecapaciteit verhoogd. Bovendien kunnen volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding staafvormige polymere vormdelen met een 20 brekingsgradiënt over de dwarsdoorsnede hiervan met een grote diameter, te weten 0,01-0,5 m, worden vervaardigd. De vezels verkregen uit dergelijke vormdelen kunnen met een grote lengte (> 100 m) worden versponnen, welke vezels tot vlakke lenzen kunnen worden verwerkt waarbij in één keer een grote serie lenzen wordt verkregen.

25 Bij voorkeur wordt een koker vervaardigd uit het polymeer toegepast.

Het vervaardigen van staafvormige vormdelen met een symmetrische gradiënt voor de brekingsindex is bekend uit het artikel "High bandwidth gradient index optical fibres" van Koike et al. Volgens de in 30 dit artikel beschreven methode wordt een buis van polymethylmethacrylaat (PMMA) vervaardigd door in een glazen buis een mengsel van methylmethacry-laat, een initiator en een ketenoverdragend middel te polymeriseren onder roteren bij 3000 omwentelingen per minuut en 70 °C. De aldus verkregen PMMA buis wordt vervolgens gevuld met een mengsel van methylmethacrylaat, 35 een initiator, een ketenoverdragend middel en een laag moleculaire, organische verbinding die niet polymeriseert en die een hogere brekings- 10 02317.

-4- index bezit dan de buis vervaardigd uit PMMA. Het methylmethacrylaat in de buis wordt bij 50 omwentelingen per minuut in een oven bij 95 °C gepolymeriseerd. Ten gevolge van het Thomsdorff-effect start de polymerisatie aan buitenkant of mantel van het staafvormige vormdeel en 5 vervolgens verloopt de polymerisatie geleidelijk naar de binnenkant of het centrum van de buis. Tijdens de polymerisatie wordt de organische verbinding (broombenzeen/benzylbenzoaat) naar de binnenkant van de staaf gediffundeerd waardoor de concentratie van de organische verbinding en dus de brekingsindex in de richting van de as van het staafvormige vormdeel 10 geleidelijk hoger wordt. De polymerisatie van het monomeer dient langzaam plaats te vinden om de laag moleculaire, organische verbinding in de richting van de as van het staafvormige vormdeel te laten diffunderen waardoor lange polymerisatietijden noodzakelijk zijn. Deze polymerisatie-tijden nemen snel toe met een toenemende diameter van het staafvormige 15 vormdeel en hierdoor kunnen alleen staafvormige vormdelen met een maximale diameter van ongeveer 0,01 m worden vervaardigd. Hierdoor zijn de maximale vezellengten die kunnen worden vervaardigd uit deze staafvormige vormdelen beperkt (<100 meter) hetgeen toepassing van deze methode in de praktijk voor het vervaardigen van vezels met een grotere diameter (>0,25 mm) 20 beperkt.

Het toepassen van een koker uit polymeer in de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zorgt ervoor dat nadat het monomeer bevattende mengsel in deze polymere koker is overgebracht de gradiënt voor de brekingsindex door roteren hiervan snel tot stand wordt gebracht, door 25 terugdiffusie van het polymeer naar de as, omdat de gewenste samenstelling aan de mantel van het vormdeel reeds aanwezig is. In een andere uitvoeringsvorm wordt in de reeds vervaardigde polymere koker een mengsel van polymeer en monomeer overgebracht, waarbij het polymeer overeenkomt met de samenstelling van de polymere koker. Het toepassen van een hoog 30 toerental, een hoog gravitatieveld en een mengsel bestaande uit een polymeer in een monomeer of een mengsel van monomeren voor het genereren van een concentratiegradiënt in het mengsel zorgt ervoor dat de tijdschaal nodig voor het genereren van een concentratiegradiënt is beperkt, waardoor na polymerisatie van het monomeer, staafvormige vormdelen met een grote 35 diameter (0,01-0,5 meter) kunnen worden verkregen.

4 10 023 1 7.

-5-

Bij voorkeur wordt de koker vervaardigd door het onder roteren polymeriseren van het monomeer waaruit het polymeer wordt bereid.

In het bijzonder wordt een polymere koker toegepast die in de geltoestand is, waarbij de koker bestaat uit een mengsel van polymeer en monomeer.

5 Het voordeel van het onder roteren vervaardigen van een koker is dat een koker wordt verkregen met nauwkeurige afmetingen voor binnen- en buitendiameter hetgeen voor de verdere toepassing van belang is. Het toepassen van een polymere koker in de geltoestand verdient de voorkeur omdat de terugdiffusie van het polymeer naar de as van het 10 vormdeel tijdens het roteren gemakkelijker verloopt.

In een bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm is de brekingsindex van het polymeer in het mengsel lager dan de brekingsindex van het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer.

15 In een andere bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm treedt er tussen het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer geen fasescheiding op. In het staafvormige polymere vormdeel zijn de polymeren op moleculaire schaal gemengd. Het voorkomen van fasescheiding 20 is van belang voor het voorkomen van lichtverstrooiing waardoor het optische verlies te groot wordt.

Bij voorkeur zijn het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer, amorfe polymeren in verband met de optische eisen 25 (transparantheid) die aan de vormdelen worden gesteld.

In een andere bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm zijn het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer thermoplastische polymeren.

30 Door het toepassen van thermoplasten kunnen de volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding vervaardigde optische polymere vormdelen verder worden verwerkt tot vezels door middel van een eenvoudige vezelspintechniek, waarbij de vezels als een dunne draad rond een wals worden gewikkeld. De gesponnen vezels kunnen als optische vezel of na het 35 knippen met een warm mes als lens worden toegepast. Het verder verwerken van vezels door middel van spinnen is een op zich bekende techniek en vormt 10 023 1 7.

-6- geen onderdeel van de onderhavige uitvinding. De volgens de onderhavige uitvinding vervaardigde optische vezels met brekingsindexgradiënt zijn geschikt om te worden toegepast in computernetwerken. Bovendien zijn de uit de vezels vervaardigde polymere vlakke lenzen geschikt om te worden 5 toegepast in faxen en copieerapparaten.

De volgens de onderhavige uitvinding toegepaste polymeren zijn niet beperkt tot thermoplastische polymeren maar kunnen ook thermohardende polymeren zijn. In de uitvoeringsvorm van thermohardende polymeren kunnen echter geen gebruikelijke vezelspintechnieken worden 10 toegepast voor het verder verwerken van de optische polymere vormdelen, maar een geschikte methode is bijvoorbeeld het knippen van de vezel met een warm mes.

Als polymeer in het mengsel wordt bij voorkeur een gefluorideerde polyacrylaat of gefluorideerde polymethacrylaat, zoals 15 polytetrafluorpropylmethacrylaat (PTFPMA), toegepast en als monomeer in het mengsel bij voorkeur acrylaten of methacrylaten, zoals methylmethacry-1 aat (MMA).

Het uit methylmethacrylaat (MMA) gevormde polymethyl-methacrylaat (PMMA) en PTFPMA zijn amorfe thermoplastische polymeren en 20 volledig mengbaar en beide polymeren hebben een verschillende brekingsindex, te weten 1,490 voor PMMA en 1,434 voor PTFPMA. Onder toepassing van een mengsel bestaande uit methylmethacrylaat en polytetrafluorpropyl-methacrylaat worden optische polymere vormdelen verkregen die een gradiënt voor de brekingsindex bezitten en geschikt kunnen worden toegepast voor 25 optische lenzen of optische vezels.

Bij voorkeur wordt een polymeer en monomeer bevattend mengsel toegepast waarbij de gewichtsfractie polymeer ligt tussen 10 en 60 gew.%, op basis van het gewicht van het polymeer en het monomeer. Het toepassen van een hoge gewichtsfractie polymeer in het polymeer en monomeer 30 bevattende mengsel heeft de voorkeur omdat de polymerisatie warmte, die vrijkomt bij het polymeriseren van het monomeer of mengsel van monomeren, hierdoor wordt beperkt waardoor een korte polymerisatietijd kan worden bereikt.

Volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt 35 de gradiënt bereikt door het monomeer en polymeer bevattende mengsel te roteren met 500-100.000 omwentelingen per minuut, bij voorkeur met ten i 10 02 3 17.

-7- minste 10.000 omwentelingen per minuut. Indien een monomeren bevattend mengsel wordt toegepast wordt de gradiënt in het mengsel bereikt door te roteren met ten minste 50.000 omwentelingen per minuut. Tijdens deze fase wordt de temperatuur zodanig ingesteld dat geen polymerisatie van het in 5 het mengsel aanwezige monomeer plaatsvindt. Na het bereiken van de gradiënt wordt het monomeer of de monomeren in het mengsel onder roteren gepolymeriseerd, bij voorkeur door het verhogen van de temperatuur van het mengsel. Tijdens het onder roteren polymeriseren wordt het aantal omwentelingen aangepast. Na het onder roteren polymeriseren wordt het 10 gepolymeriseerde mengsel nagehard bij een temperatuur van ten hoogste 140 °C.

Het monomeer of het mengsel van monomeren wordt gepolymeriseerd door middel van technieken die gebruikelijk zijn voor het polymeriseren van de desbetreffende monomeren of mengsels van monomeren.

15 Voor de polymerisatie worden aan het polymeer in het monomeer of mengsel van monomeren de gebruikelijke additieven zoals initiatoren, inhibitoren, ketenoverdragende middelen en dergelijke toegevoegd. De polymerisatie van het monomeer of het mengsel van monomeren kan gestart worden onmiddellijk nadat het gewenste toerental van de oplossing tijdens roteren is bereikt.

20 Echter, het heeft de voorkeur in de onderhavige werkwijze om gedurende een bepaalde tijd te roteren zonder dat polymerisatie van het monomeer of het mengsel van monomeren optreedt om een bepaalde concentratiegradiënt van het polymeer in het mengsel van monomeren te genereren waarna fixatie van de concentratiegradiënt plaatsvindt door polymerisatie van het monomeer 25 of mengsel van monomeren.

Indien als monomeer of als mengsel van monomeren acryl aten of methacrylaten worden gebruikt dan kan de polymerisatie van het monomeer of het mengsel van monomeren plaatsvinden door middel van gamma bestraling, electronenbestraling, bestraling met ultraviolet licht 30 of door middel van temperatuur. In het geval van polymerisatie door middel van ultraviolet licht of door middel van temperatuur dient een geschikte initiator aan het mengsel te worden toegevoegd. Bij polymerisatie met behulp van ultraviolet licht kan de polymerisatie op ieder gewenst moment worden opgestart door een glazen buis met het mengsel van het polymeer 35 in een monomeer of mengsel van monomeren en een voor ultraviolet licht gevoelige initiator te bestralen met licht van een geschikte golflengte.

10 0 2 3 17.

-8-

In het geval van een thermisch gevoelige initiator kan de polymerisatie worden opgestart door tijdens het roteren de temperatuur van de oplossing van het polymeer in het monomeer of mengsel van monomeren te verhogen.

Ook is het mogelijk onder isothermische condities een thermisch 5 geïnduceerde polymerisatie uti te voeren door aan oplossing van het polymeer een geschikte hoeveelheid inhibitor toe te voegen. Deze inhibitor wordt in eerste instantie verbruikt waarna alsnog de polymerisatie van het monomeer of het mengsel van monomeren plaatsvindt.

De onderhavige uitvinding wordt aan de hand van de 10 volgende voorbeelden nader toegelicht.

Uitgangsstoffen

De volgende uitgangsstoffen werden toegepast.

MMA - Methylmethacrylaat (in de handel gebracht door Aldrich Chemical Co.) 15 TFPMA - Tetrafluorpropylmethacrylaat (in de handel gebracht door Aldrich Chemical Co.)

Tert-butylcumylperoxide (Trigonox-T, in de handel gebracht door Akzo/Nobel Chemicals Ltd.)

Azoi sobisbutyronitril (AIBN, inde handel gebracht door 20 Akzo/Nobel Chemicals Ltd.) n-butylmercaptan (n-BM, in de handel gebracht door Aldrich Chemical Co.) PTFPMA - Polytetrafluorpropylmethacrylaat DTBP = di-tert-butylperoxalaat 25 Voorbeeld 1

In dit voorbeeld werd een monomeer en polymeer bevattend mengsel toegepast voor het vervaardigen van het optische polymere vormdeel met een gradiënt voor de brekingsindex. Het polymeer PTFPMA werd bereid door TFPMA te onderwerpen aan bulkpolymerisatie in een glazen buis onder 30 een stikstof atmosfeer. De initiator (Triganox-T, 0,1 mol.%) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,4-1,2 mol.%) werden aan TFPMA toegevoegd en de polymerisatie werd uitgevoerd bij 80 °C gedurende 24 uren.

Vervolgens werden voor het bereiden van oplossingen verschillende hoeveelheden van het aldus bereide polymeer PTFPMA opgelost 35 (respectievelijk 10, 20, 30 en 40 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) in methylmethacrylaat waaraan initiator (AIBN, 10 023 1 7.

4 -9- 0,2 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,25 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteinde! ijke vormdeel) was toegevoegd. De verkregen oplossingen werden gedurende 4 uren in een verticaal geplaatste glazen buis in een 5 ultracentrifuge bij 20.000 omwentelingen per minuut en kamertemperatuur geroteerd ter bereiking van de gewenste gradiënt voor de brekingsindex.

Na het bereiken van deze gradiënt werd het monomeer bij 20.000 pmwentelin-gen per minuut en 60 °C gepolymeriseerd waarna de temperatuur van het gepolymeriseerde mengsel werd verhoogd tot 130 °C. Deze temperatuur werd 10 gedurende 12 uren op deze waarde gehandhaafd. Volgens deze methode werden optische polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex verkregen, welke gradiënten door het verhogen van de PTFPMA-gehalte werden beïnvloed, te weten een scherper profiel vertonen.

Vergelijkend voorbeeld 1 15 Een oplossing van PTFPMA in MMA (30 % gew/gew) met daaraan toegevoegd initiator (Triganox-T, 0,1 mol.%) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,4-1,2 mol.%) werd gedurende 4 uur geroteerd in een verticale buis met een toerental van 50 omwentelingen per minuut. Vervolgens werd het monomeer gepolymeriseerd bij 60 graden Celcius en 50 20 omwentelingen per minuut waarna de temperatuur werd verhoogd tot 130 graden Celcius gedurende 12 uur. Er werd een staafvormig transparant vormdeel verkregen dat geen gradiënt voor de brekingsindex vertoonde.

Vergelijkend voorbeeld 2

Dezelfde oplossing als in vergelijkend voorbeeld 1 werd 25 toegepast en gedurende 4 uren geroteerd in een verticale buis met een toerental van 250 omwentelingen per minuut. Vervolgens werd het monomeer gepolymeriseerd bij 60 graden Celcius en 250 omwentelingen per minuut waarna de temperatuur werd verhoogd tot 130 graden Celcius gedurende 12 uur. Er werd een staafvormig transparant vormdeel verkregen dat geen 30 gradiënt voor de brekingsindex vertoonde.

Voorbeeld 2

In dit voorbeeld werd eerst een koker uit het polymeer PTFPMA vervaardigd waarna in de vervaardigde koker het monomeer, te weten methylmethacrylaat, bevattende mengsel werd overgebracht en de polymerisa-35 tie onder roteren uitgevoerd.

10 02 31 7.; 4 -10-

Het bereiden van het polymeer PTFPMA werd onder roteren uitgevoerd. Verschillende hoeveelheden TFPMA (10, 20, 30, 40, 50 gew.%, op basis van het gewicht van het te verkrijgen vormdeel) werden toegepast voor het bereiden van verschillende mengsels, waarbij aan elk mengsel 5 initiator (AIBN, 0,2 gew.% op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,25-0,5 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) werden toegevoegd. De bulkpolymerisatie van elkmengsel vond plaats in een horizontaal geplaatste glazen buis in een centrifuge bij 5000 omwentelingen per minuut en 70 °C 10 gedurende 24 uren. Door het polymeriseren in een gravitatieveld van mengsels met verschillende hoeveelheden PTFPMA werden polymere kokers verkregen met gelijke buitendiameter en variërende binnendiameter.

In elk van de aldus vervaardigde kokers van PTFPMA werd een mengsel van initiator (AIBN, 0,2 gew.% op basis van het gewicht van 15 het uiteindelijke vormdeel) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,25 gew.% op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel), opgelost in methylmethacrylaat, gegoten. De volgens deze manier gevulde kokers werden gedurende 4 uren in een verticale toestand in een centrifuge bij 20.000 omwentelingen per minuut en kamertemperatuur geroteerd ter bereiking van 20 de gewenste gradiënt voor de brekingsindex. Na het bereiken van deze gradiënt voor de brekingsindex werd het monomeer in het mengsel vervolgens onder roteren gepolymeriseerd bij 20.000 omwentelingen per minuut en 60 °C, waarna het gepolymeriseerde mengsel voor het naharden gedurende 12 uren bij 130 °C werd verwarmd.

25 Vergelijkend voorbeeld 3

In dit voorbeeld werd volgens eenzelfde wijze als in voorbeeld 2 eerst een koker uit het polymeer PTFPMA vervaardigd waarna in de verkregen polymere koker (opgebouwd uit 30 gew.% TFPMA, op basis van het gewicht van het vormdeel) het monomeer bevattende mengsel werd 30 overgebracht en vervolgens bij kamertemperatuur gedurende 4 uren zonder roteren bewaard. Vervolgens werd het monomeer (MMA) zonder rotatie gepolymeriseerd bij 60 °C, waarna het verkregen staafvormige polymere vormdeel gedurende 12 uren bij 130 °C werd verhit. De aldus verkregen vormdelen vertoonden geen profiel van de brekingsindex.

10 02 3 17.

-11-

Vergel i.ikend voorbeeld 4

De werkwijze komt overeen met vergelijkend voorbeeld 3, behalve dat de polymerisatie werd uitgevoerd bij 90 °C. Er werd een optisch vormdeel verkregen dat een homogene brekingsindex vertoonde over 5 de gehele dwarsdoorsnede van het vormdeel.

Vergelijkend voorbeeld 5

In dit voorbeeld werd volgens eenzelfde wijze als in voorbeeld 2 eerst een koker uit het polymeer PTFPMA vervaardigd waarna in de verkregen polymere koker (opgebouwd uit 30 gew.% TFPMA, op basis 10 van het gewicht van het vormdeel) het monomeer bevattende mengsel werd overgebracht en vervolgens bij kamertemperatuur gedurende 4 uren geroteerd bij 250 omwentelingen per minuut. Na het polymeriseren onder roteren bij 250 omwentel ingen per minuut en 60 °C werd het aldus verkregen staafvormige polymere vormdeel gedurende 12 uren bij 130 °C verhit. De vormdelen 15 vertoonden geen of zwak profiel van de brekingsindex, of een stapvormig profiel, afhankelijk van de dimensies van de PTFPMA koker.

Voorbeeld 3

In dit voorbeeld werd volgens dezelfde wijze als in voorbeeld 2 eerst een koker uit het polymeer PTFPMA vervaardigd waarna 20 in de verkregen polymere koker het monomeer bevattende mengsel werd overgebracht en onder roteren werd gepolymeriseerd, behalve dat in dit voorbeeld een polymere koker in de gel toestand werd toegepast.

Mengsels met verschillende hoeveelheden TFPMA (10, 20, 30, 40, 50 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) 25 werden bereid en initiatoren (DTBP en AIBN, beide in een hoeveelheid van 0,1 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) en ketenoverdragend middel (n-BM, 0,25 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) werden hieraan toegevoegd. De bulkpolymerisatie van de aldus verkregen mengsels vond in een horizontaal geplaatste glazen 30 buis plaats in een centrifuge bij 5000 omwentelingen per minuut en 20 °C gedurende 24 uren. Door het polymeriseren onder de hiervoor genoemde omstandigheden werden kokers van PTFPMA verkregen waarbij het polymeer in de gel toestand is.

In elk van de aldus vervaardigde kokers van gegelleerd 35 PTFPMA werd een mengsel van initiator (AIBN, 0,2 gew.% op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel), ketenoverdragend middel (n-BM, 4 10 023 1 7.

-12- 0,25 gew.%, op basis van het gewicht van het uiteindelijke vormdeel) en methylmethacrylaat gegoten. De aldus gevulde kokers werden gedurende 4 uren in een verticale toestand in een centrifuge bij 20.000 omwentelingen per minuut en kamertemperatuur geroteerd. De aldus bereikte gradiënt voor 5 de brekingsindex werd vervolgens bij 20.000 omwentelingen per minuut en 60 °C gefixeerd door het in het mengsel aanwezige monomeer te polymerise-ren, waarna het gepolymeriseerde mengsel voor het naharden gedurende 12 uren bij 130 °C werd verwarmd.

Uit de hiervoor genoemde voorbeelden blijkt dat optische 10 polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex voortreffelijk kunnen worden vervaardigd door de gradiënt te bereiken door het roteren van een monomeer en polymeer bevattend mengsel en vervolgens het monomeer in het mengsel te polymeriseren.

Voorbeeld 4 15 In dit voorbeeld werd een monomeren bevattend mengsel toegepast voor het vervaardigen van het optische polymere vormdeel met een gradiënt voor de brekingsindex. Het monomeer methyl methacrylaat (MMA) werd gemengd met verschillende hoeveelheden van het monomeer tetrafluorpro-pylmethacrylaat (TFPMA) (10, 20, 30, 40, 50 gew.%), op basis van het 20 gewicht van het te verkrijgen vormdeel. Het mengel van monomeren werd bij kamertemperatuur gedurende 8 uur in een verticaal geplaatste glazen buis in een ultracentrifuge bij 50.000 omwentelingen per minuut geroteerd ter bereiking van de gewenste gradiënt voor de brekingsindex. Na het bereiken van deze gradiënt werden de monomeren bij 50.000 omwentelingen per minuut 25 en 60 °C gepolymeriseerd. Vervolgens werd de temperatuur van het gepolymeriseerde mengsel verhoogd tot 130 °C en op deze waarde gedurende 12 uren gehandhaafd. Volgens deze methode werd een staafvormig optisch polymeer vormdeel met een gradiënt voor de brekingsindex verkregen.

10 02 3 1/.

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van optische staafvormige polymere vormdelen met een gradiënt voor de brekingsindex, 5 door de samenstelling van het vormdeel bij het centrum te doen verschillen van de samenstelling van de mantel van het vormdeel, door het onder roteren polymeriseren van het mengsel dat de uitgangsstoffen bevat, met het kenmerk, dat de gradiënt wordt bereikt door het roteren van enerzijds een mengsel van verschillende monomeren en vervolgens het onder roteren 10 polymeriseren, of anderzijds door het roteren van een monomeer en polymeer bevattend mengsel, waarbij het monomeer afwijkend is van het monomeer waaruit het polymeer is bereid, welk monomeer in het mengsel vervolgens onder roteren wordt gepolymeriseerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het 15 polymeer in het mengsel een hogere dichtheid heeft dan het monomeer of het polymeer gevormd uit dit monomeer.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een koker wordt toegepast vervaardigd uit het polymeer.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 20 de koker wordt vervaardigd door het onder roteren polymeriseren van het monomeer waaruit het polymeer wordt bereid.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de polymere koker in de gel toestand is.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 25 de brekingsindex van het polymeer in het mengsel lager is dan de brekingsindex van het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer.

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tussen het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder 30 roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer geen fasescheiding optreedt.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer amorfe polymeren 35 zijn. 100251?.. t -14-

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het polymeer in het mengsel en het polymeer gevormd na het onder roteren polymeriseren van het in het mengsel aanwezige monomeer thermoplasten zijn.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat 5 als polymeer gefluorideerde acrylaten of methacrylaten worden toegepast.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat als polymeer in het mengsel polytetrafluorpropylmethacrylaat (PTFPMA) wordt toegepast.

12. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat 10 als monomeer of mengsel van monomeren, acrylaten of methacrylaten worden toegepast.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat als monomeer in het mengsel methylmethacrylaat (MMA) wordt toegepast.

14. Werkwijze volgens een van de voorafgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat de gradiënt wordt bereikt door het mengsel te roteren met 500-100.000 omwentelingen per minuut.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het roteren wordt uitgevoerd bij ten minste 10.000 omwentelingen per minuut.

16. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gradiënt wordt bereikt bij een temperatuur waarbij geen polymerisatie van het monomeer plaatsvindt.

17. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het onder roteren polymeriseren wordt uitgevoerd door het verhogen van 25 de temperatuur.

18. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat na het onder roteren polymeriseren het gepolymeriseerde mengsel wordt nagehard bij een temperatuur van ten hoogste 140 °C.

19. Staafvormig polymeer vormdeel met een gradiënt voor 30 de brekingsindex, met het kenmerk, dat het polymeer bestaat uit een mengsel van meerder polymeren, welk mengsel een zodanige samenstelling heeft dat het vormdeel een nagenoeg symmetrische gradiënt voor de brekingsindex over de dwarsdoorsnede heeft.

20. Vormdeel volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat 35 het vormdeel een diameter heeft die ligt tussen 0,02-0,5 m en een lengte(l)/diameter(d) (l/d)verhouding tussen 10-50. 10 02 : '! ?. -15-

21. Vormdeel volgens conclusies 19-20, met het kenmerk, dat de brekingsindex van de mantel van het vormdeel lager is dan de brekingsindex in het centrum van het vormdeel.

22. Vormdeel volgens conclusies 19-21, met het kenmerk, 5 dat als monomeer of mengsel van monomeren ter vorming van het polymeer acryl aten of methacrylaten zijn toegepast.

23. Vormdeel volgens conclusies 19-21, met het kenmerk, dat als polymeer gefluorideerde polyacrylaten of polymethacrylaten zijn toegepast.

24. Optische lens onder toepassing van het vormdeel vervaardigd volgens conclusies 1-18 of onder toepassing van het vormdeel beschreven in conclusies 19-23.

25. Optische vezel onder toepassing van het vormdeel vervaardigd volgens conclusies 1-18 of onder toepassing van het vormdeel 15 beschreven in conclusies 19-23.

10 O 2 J 7, < SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHE1DSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IOENT7F(KATI£ VAN DE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van 0· aanvrager ot van de gemacntigde 36555/Vk/tw _ Neaerunase aanvrage nr.' ’ Inatenngsoacum 1002317 13 februari 1996 In ge roe oen voorrangsoaum Aanvrager (Naam) TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Oaaim van net verzoek voor een onoerzoek van mtemasonaai type Ooor oe instant· voor intemaaonaai Onoerzoek (ISA) aan net verzoek voor een onoerzoek van mte ma do na aJ type toeoekeno nr. SN 27227 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij De passing van verscnülenoe classificaties, alle dassrficaoesymbofen opgeven) Volgens oe tntamstenaw aassilicaoe (IPC) Int.Cl.6: B 29 D 11/00 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onoerzocnte minimum documentatie I Classificatiesysteem t Classtficatiesvrnoolen _j Int.Cl.6: B 29 D Onoerzocnte andere aocumenaoe aan ae minrmum documenatie voor zover aergeliike documenten in de onderzocr.te goueoen zijn opgenomen HI.!_' GEEN ONOERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (oomervingen oo aanvullingsolad) |,v,:_1 g=BREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (oomencingen od aanvullingsolad) ‘orm PCr;'.S~22Va> Cc :5¾