DE10130489B4

DE10130489B4 - Kontraststeigernder photochromer Kunststoffgegenstand

Info

Publication number: DE10130489B4
Application number: DE10130489A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Melzig; Hans-Peter Sommer
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: DE10130489A1

Abstract

Photochromer Kunststoffgegenstand, der ein transparentes Kunststoffmaterial und darin eingebracht mindestens einen photochromen Farbstoff, dessen längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt, umfasst, wobei der photochrome Kunststoffgegenstand im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission von mindestens 5 % bis höchstens 30 % zeigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen photochromen Kunststoffgegenstand, der sich gegenüber den im Stand der Technik verfügbaren photochromen Kunststoffgegenständen durch einen permanent gesteigerten Kontrast auszeichnet, d.h. der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand zeigt in den stationären Zuständen und in jeder Phase sowohl während der Eindunkelung als auch der Aufhellung einen erhöhten Kontrast. Dies wird durch das Einbringen in den Kunststoffgegenstand von mindestens einem photochromen Farbstoff erreicht, dessen längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt. Der erfindungsgemäße Kunststoffgegenstand kann insbesondere als photochromes Brillenglas, vorzugsweise für Sportbrillen, verwendet werden.

Photochrome Kunststoffprodukte, insbesondere Brillengläser, sind seit den 80er Jahren auf dem Markt. Die ersten Gläser, die größere Verbreitung fanden, z.B. Rodenstock Perfalit Colormatic (seit 1986) oder das von Transitions Optical Inc. (seit 1990) eingefärbte, von mehreren Glasherstellern angebotene Transitions Glas, enthielten Spirooxazine als photochrome Farbstoffe, welche in blauen Farbtönen eindunkelten. Spätere Produkte, wie das "graue" Transitions Plus-Glas (seit 1992), oder die braunen Gläser Transitions Eurobraun und Hoya Sunbrown (seit 1994) oder das Rodenstock-Glas Perfalit ColorMatic neu (seit 1995) enthielten Pyrane neben Spirooxazinen und/oder Fulgiden. Die derzeitig im Handel erhältlichen Produkte, wie das Glas Transitions III, verwenden bevorzugt Pyrane, speziell Naphthopyrane und von diesen abgeleitete größere Ringsysteme. Die Transitions III Produkte mit dem Brechungsindex 1,56 finden ihre Grundlage dabei in US 5,753,146 .

Vielen derzeit im Stand der Technik verfügbaren photochromen Gläsern ist gemein sam, dass sie aufgrund der beleuchtungsabhängigen Eindunkelung der photochromen Farbstoffe keinen zufriedenstellenden Kontrast zeigen. Zwar sind kontraststeigernde Kunststoffgläser, d.h. Kunststoffgläser mit gesteigertem Kontrast, seit langem bekannt, jedoch bislang kaum auf dem Gebiet der photochromen Gläser. In DE 100 26 717.32 wird ein photochromer Kunststoffgegenstand beschrieben, der ein transparentes Kunststoffmaterial und darin eingebracht mindestens einen photochromen Farbstoff umfasst, wobei der photochrome Kunststoffgegenstand weiter mindestens ein den Kontrast steigerndes Mittel aufweist. Das den Kontrast steigernde Mittel kann dabei ein Farbstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus organischen Farbstoffen und Pigmenten, oder als eine reflektierende Beschichtung oder als eine absorbierende Beschichtung ausgebildet oder eine Kombination von zwei oder mehreren davon sein. In dem Fall eines entsprechenden Farbstoffs als kontraststeigerndes Mittel erfordert die Bereitstellung eines solchen photochromen Kunststoffgegenstands mit gesteigertem Kontrast einen erhöhten Produktionsaufwand. Vorzugsweise wird die zusätzliche Einfärbung mit einem den Kontrast steigernden Farbstoff der gestalt ausgeführt, dass nachträglich, vorzugsweise nur. auf der Rückseite, d.h. der lichtabgewandten Seite des bereits mit einem photochromen Farbstoff versehenen Kunststoffgegenstands, wie z.B. einer Linse, der den Kontrast steigernde Farbstoff über Diffusion oder durch Anordnen einer entsprechenden Lackschicht eingebracht wird.

US-A-5,256,337 beschreibt ein photochromes Material, das photoempfindliche Silberhalogenidkristalle mit Dimensionen im Bereich von etwa 50 Å bis 800 Å enthält. DE 100 26 717 A1 beschreibt einen photochromen Kunststoffgegenstand mit permanent gesteigertem Kontrast, wobei inter alia photochrome Farbstoffe, die im nicht angeregten Zustand nicht farbig sind, in Kombination mit einem kontraststeigernden Mittel vorgesehen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen photochromen Kunststoffgegenstand bereitzustellen, der sich durch einen permanent gesteigerten Kontrast auszeichnen soll, d.h. der photochrome Kunststoffgegenstand soll in den stationären Zuständen und in jeder Phase sowohl während der Eindunkelung als auch der Aufhellung einen erhöhten bzw. gesteigerten Kontrast liefern, wobei zu dessen Herstellung keine komplexen bzw. zusätzlichen Verfahrenschritte notwendig sein sollen. Der erfindungsgemäße Kunststoffgegenstand soll sich dabei insbesondere als photochromes Brillenglas, beispielsweise für Sportbrillen, eignen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.

Insbesondere wird ein photochromen Kunststoffgegenstand bereitgestellt, der ein transparentes Kunststoffmaterial und darin eingebracht mindestens einen photochromen Farbstoff, dessen längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm, vorzugsweise 440 bis 470 nm, liegt, umfasst, wobei der photochrome Kunststoffgegenstand im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission von mindestens 5 % bis höchstens 30 % zeigt. Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand zeigt im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine Reduktion der mittleren Transmission um mindestens 70%.
Vorzugsweise zeigt der photochrome Kunststoffgegenstand im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission von höchstens 20%, mehr bevorzugt von höchstens 10%.
Der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand zeichnet sich durch einen permanent erhöhten bzw. gesteigerten Kontrast aus, so daß sich sowohl in den stationären Zuständen als auch während der durch den photochromen Farbstoff hervorgerufenen Eindunkelungs- sowie der Aufhellungsphase des photochromen Kunststoffgegenstands ein erhöhter Kontrast einstellt. Dies wird durch das erfindungsgemäße Einbringen von mindestens einem photochromen Farbstoff erreicht, der ein längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich des sichtbaren Lichts von 420 nm bis 500 nm aufweist. Dadurch werden die kurzwelligen, blauen Anteile des einfallenden Lichts im wesentlichen herausgefiltert. Auf grund der Tatsache, dass der Kontrast zwischen zwei Objekten als das Verhältnis von der Differenz zur Summe von zwei Leuchtdichten L_I und L_II definiert ist und die Leuchtdichte von blauem Streulicht vernachlässigbar gering ist, ist ein Kontrastgewinn eigentlich nicht objektiv meßbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird jedoch unter Kontraststeigerung die subjektive Empfindung verstanden, wie in DOZ (Deutsche Optikerzeitung), 12/90, Seite 43 ff., beschrieben.
In dem erfindungsgemäßen photochromen Kunststoffgegenstand werden die kurzwelligen, blauen Anteile des einfallenden Lichts nicht vollständig herausgefiltert, da sonst eine unerwünschte Farbverfälschung, d.h. eine Verfälschung des farbtreuen Sehens hervorgerufen werden würde. Der photochrome Kunststoffgegenstand weist im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs daher im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission von mindestens 5% auf. Ein Restlicht in diesem Spektralbereich ist erforderlich, um ein weitgehend farbtreues Sehen zu erreichen. Dies kann im wesentlichen durch die Einstellung der Konzentration des erfindungsgemäß verwendeten photochromen Farbstoffs, der ein längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich des sichtbaren Lichts von 420 nm bis 500 nm aufweist, erreicht werden.
Der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand eignet sich insbesondere als photochromes Brillenglas, beispielsweise für Sportbrillen wie z.B. Skibrillen. Darüberhinaus kann der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand selbstverständlich auch für Brillengläser aller Art, wie Motorradbrillen und Schutzbrillen, oder für Schutzhelmvisiere, Schutzblenden, Fenster, Abdeckungen, Dächer und dergleichen verwendet werden.
Als transparentes Kunststoffmaterial, das insbesondere als Träger bzw. Matrix für den bzw. die einzusetzenden photochromen Farbstoffe) dient, enthält der erfindungsgemäße Kunststoffgegenstand ein oder mehrere Kunststoffmaterialien. Die verwendbaren Kunststoffmaterialien können die im Stand der Technik üblicherweise, insbesondere für ophthalmische Zwecke verwendbaren Kunststoffe sein. Beispielsweise kann das Kunststoffmaterial aus Poly(C₁-C₁₂-alkyl)methacrylaten, Polyoxyal kylenmethacrylaten, Polyalkoxyphenolmethacrylaten, Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Celluloseacetatpropionat, Celluloseacetatbutyrat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polycarbonaten, Polyestern, Polyurethanen, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Poly-α-methyl-styrol, Polyvinylbutyral, Copoly(styrol-methylmethacrylat), Copoly(styrolacrylnitril) und Polymeren aus Bestandteilen der Gruppe, bestehend aus Polyol(allyl-carbonat)monomeren, polyfunktionalen Acrylat-, Methacrylat- oder Diethylenglykoldimethacrylatmonomeren, ethoxylierten Bisphenol-A-dimethacrylat-monomeren, Diisopropenylbenzolmonomeren, Ethylenglykolbismethacrylatmonomeren, Poly(ethylenglykol)bismethacrylatmonomeren, ethoxylierten Phenolmethacrylatmonomeren, alkoxylierten Polyalkoholacrylatmonomeren und Diallylidenpentaerythritmonomeren oder Gemischen davon, ausgewählt sein.
Insbesondere kann das Kunststoffmaterial ein festes, transparentes Homo- oder Copolymer sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly(methyl-methacrylat), Poly(ethylenglykolbismethacrylat), poly(ethoxyliertem Bis-phenol-A-dimethacrylat), thermoplastischem Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyurethan oder ein Polymer, ausgewählt aus den Bestandteilen der Gruppe, bestehend aus Diethylenglykolbis(allylcarbonat)monomeren, Diethylenglykoldimethacrylatmonomeren, ethoxylierten Phenolmethacrylatmonomeren, ethoxylierten Diisopropenylbenzolmonomeren und ethoxylierten Trimethylolpropantriacrylatmonomeren.
Der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand kann ferner eine oder mehrere die Kratzfestigkeit verbessernde Hartschichten aufweisen. Darüberhinaus können auch auf der dem Licht zugewandten Seite des Kunststoffgegenstands ein oder mehrere herkömmliche Entspiegelungsschichten vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße photochrome Kunststoffgegenstand kann mittels verschiedener Vorgehensweisen hergestellt werden. Prinzipiell können photochrome Kunststoffgläser auf drei unterschiedlichen Wegen hergestellt werden. Zum einen können die photochromen Farbstoffe homogen in der Masse des Kunststoffglases verteilt werden. Dabei kann der mindestens eine photochrome Farbstoff dem gewählten Kunststoffmaterial bereits bei der Herstellung des Kunststoffgegenstands zugegeben werden. Beispielsweise umfasst ein solches Massefärbungsverfahren das Auflösen oder Dispergieren der mindestens einen entsprechenden photochromen Verbindung in einem Kunststoffmaterial, z.B. durch die Zugabe der Verbindung zu einem monomeren Material, bevor die Polymerisation erfolgt. Alternativ kann der erfindungsgemäß verwendete photochrome Farbstoff (meist nur konvexseitig) in die Obertläche des Kunststoffglases unter Anwendung von Wärme durch Diffusion in einem Färbebad in das Kunststoffmaterial eingebracht werden. Für die Herstellung von diffusionsgefärbten Gläsern sind neben der Farbstoffkonzentration auch die speziell verwendete Kunststoffmatrix, die Diffusionsgeschwindigkeit und die Eindringtiefe der Farbstoffe darin entscheidend. Des weiteren sind Färbezeit, Färbetemperatur und die Polymerisationsbedingungen des Kunststoffglases von Bedeutung. Ferner kann das Aufbringen des erfindungsgemäß verwendeten photochromen Farbstoffs und damit des photochromen und gleichzeitig den Kontrast steigernden Effekts auch in Form einer separaten Lackschicht auf das Kunststoffmaterial erfolgen.
Die Bereitstellung eines photochromen Kunststoffgegenstandes, der sich durch einen permanent gesteigerten Kontrast auszeichnet, wird unabhängig davon, welches der vorgenannten Verfahren durchgeführt wird, durch die erfindungsgemäße spezifische Verwendung von mindestens einem photochromen Farbstoff, der im nicht angeregten Zustand bereits den Kontrast steigernde Absorptionseigenschaften aufweist, in überaus vorteilhafter Weise kostengünstig vereinfacht, d.h. es sind insbesondere keine zusätzlichen Arbeitsvorgänge bzw. Verfahrensschritte hierfür erforderlich.
Im Rahmen der Herstellung eines photochromen Kunststoffgegenstandes mit permanent gesteigertem Kontrast bietet die erfindungsgemäße Verwendung von mindestens einem photochromen Farbstoff, dessen längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt, ferner den Vorteil, dass bei Kunststoffgegenständen, die nicht, wie z.B. eine opthalmische Linse, eine bestimmte dem Licht zugewandte Seite aufweisen, im wesentlichen keine Verminderung des photochromen Effekts bzw. der photochromen Einfärbung auftritt, wie sie bei Verwendung eines den Kontrast steigernden Farbstoffs in Kombination mit einem photochromen Farbstoff, wie in DE 100 26 717 .3 vorgesehen, hervorgerufen werden kann. Insofern der erfindungsgemäß verwendete photochrome Farbstoff im nicht angeregten Zustand seine längstwellige Absorption im Bereich von 420 bis 500 nm aufweist, in welchem auch das Sonnenlicht (auf der Erdoberfläche) eine deutlich höhere Intensität als im UV-Bereich aufweist, sind im Vergleich zu photochromen Gegenständen, in denen herkömmliche photochrome Farbstoffe eingebracht sind, wesentlich intensivere Eindunkelungen erzielbar. Für den Fall, dass dies nicht erforderlich ist, kann dann der Materialeinsatz deutlich reduziert werden. Wenn der erfindungsgemäß verwendete photochrome Farbstoff zudem die Charakteristik aufweist, dass die durch Licht angeregte Form im Bereich der längstwelligen Absorption eine intensivere Absorption aufweist als die nicht angeregte Form, wird bei Sonnenlichteinstrahlung eine noch stärkere Steigerung des Kontrasts als im Schatten erreicht, was beispielsweise bei sehr intensiver Sonneneinstrahlung, wie z.B im Hochgebirge bzw. am Meer überaus günstig ist.
Die für die vorliegende Erfindung verwendbaren photochromen Verbindungen unterliegen keiner spezifischen Beschränkung, sofern deren längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt. Vorzugsweise können sie aus der Klasse höherer, von Benzopyranen abgeleiteten annellierten Ringsystemen, deren längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt, beispielsweise Naphthopyranen, insbesondere [2H]-Naphtho(1,2-b)-pyranen oder [3H]-Naphtho(2,1-b)-pyranen, oder Fluorenopyranen, insbesondere Spirofluorenopyranen, die vorzugsweise bathochrom wirksame Substituenten, wie z.B. unsubstituierte oder mit C₁-C₆-Alkylresten oder Arylresten substituierte Aminogruppen, oder weitere annellierte ali- oder heterocyclische Ringe aufweisen, ausgewählt werden.

Claims

Photochromer Kunststoffgegenstand, der ein transparentes Kunststoffmaterial und darin eingebracht mindestens einen photochromen Farbstoff, dessen längstwelliges Absorptionsmaximum im nicht angeregten Zustand im Bereich von 420 bis 500 nm liegt, umfasst, wobei der photochrome Kunststoffgegenstand im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission von mindestens 5 % bis höchstens 30 % zeigt.
Photochromer Kunststoffgegenstand nach Anspruch 1, wobei der photochrome Kunststoffgegenstand im aufgehellten Zustand des mindestens einen photochromen Farbstoffs im Bereich des sichtbaren Lichts von 380 nm bis 500 nm eine mittlere Transmission bis höchstens 20 %, vorzugsweise höchstens 10% zeigt.