WO2002037148A2

WO2002037148A2 - Lichtleiter

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Publication number: WO2002037148A2
Application number: PCT/EP2001/012261
Authority: WO
Inventors: Hans-Josef Behrens; Wolfgang Ebert; Thomas FÖLLINGER; Wolfgang Alewelt; Heinz-Dieter Brandt
Original assignee: Bayer Aktiengesellschaft; Brandt, Martina; Brandt, Franziska, Hanne; Brandt, Inken, Margarethe
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2002-05-10
Also published as: WO2002037148A3; US20040120686A1; JP2004520608A; TW523613B; DE10054935A1; AU2002212342A1; EP1334383A2; JP4383049B2

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-A_s-C-O- steht, O O in der A3 ein unsubstituierter oder substituierter, bevorzugt ein unsubstituierter, C2-Cj8^_R^est 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.

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, 4,4^l-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.-%.