DE2915066A1

DE2915066A1 - Beschichtungsmaterial

Info

Publication number: DE2915066A1
Application number: DE19792915066
Authority: DE
Inventors: Patricia M Cuffe; Bernard L Laurin; Peter R Ramirez; Don H Rotenberg
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-31
Also published as: JPS54139940A; CA1111977A; FR2423521B1; AU520162B2; CH644619A5; GB2025444B; FR2423521A1; NL7902845A; GB2025444A; AU4598379A

Description

PATE NTAN WALT· DR. HfRMAHN <J>. :"r M . :O i E"H L · D I P L O M P H Y S I K E R D-8000 MÖNCHEN 19 - FLOGGENSTRASSE 17 ■ T E IE F O N: 0 89/17 70 61

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A 1250-D

Anmelder:

American Optical Corporation

Southbridge, Massachusetts/USA

Beschichtungsmaterial

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PostscheckkonIo München Nr.94854-807 Reuecholbank München iE'i-2 ?ui)333 09) K^if.o N'r. <:.'3.11343 Telex 521SH5 Zeus Tolegrammsdrosse/Cable A.:ir- ,„. _;cij--.patcnt

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Anmelder:

American Optical Corporation

Southbridge, Massachusetts/USA

Besehichtungsmaterial

Die Erfindung betrifft siliciumhaltige Beschichtungsgemische, insbesondere Beschichtungsgemische für Polymersubstrate.

Aus der US-PS 3 894 881 ist ein Beschichtungsgemisch bekannt, das eine Mischung aus getrennt hydrolisierten siliciumhaltigen Materialien und einem Metallsalz enthält. Diese Druckschrift betrifft jedoch keine Beschichtungsgemisehe vom erfindungsgemäßen Typ, die als Mischungen hydro.l isiert werden.

Die Erfindung betrifft verbesserte, abriebfeste Beschichtungen auf Basis von Siloxankopolymeren. Diese Beschichtungen sind insbesondere einsetzbar für die Erhöhung der Abriebfestigkeit von Kunststoffen, insbesondere solchen die für die Herstellung von Augenlinsen, Sonnengläsern, Autobrillen, Fensterscheiben und architektonischen Verglasungen verwendet werden. Geeignete Kunststoffsubstrate für diese Anwendungen sind z.B. Polycarbonate, Polymethy!methacrylate, Celluloseproprionate, Cellulosebutyrate und PoTydiäthylglykol-bis-alTylcarbonate. Die Polycarbonate und Polydiäthylglykol-bis-alIyI carbonate werden bevorzugt als Gläsermaterialien eingesetzt.

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Postscheckkonto München Nr, 94854-807 Reuacbolbank München (BLZ 70030300) Konto Nr. 423.113« Telex 5215145 Zeus Tolcgrammadresso/Cable Adross: Zeuspatent

Die Linsen können hergestellt werden aus thermoplastischen Kunststoffen durch Formungsverfahren, aus hitzehärtbaren Kunststoffen durch Gießverfahren und aus beiden Materialien durch maschinelle Verfahren und Oberflächenverfahren. Diese Linsen können mit einer Polysiloxanbeschichtung versehen werden, um Oberflächen herzustellen, die beständiger sind gegen Abrieb als auch gegen den Angriff von Lösungsmittel als die unbeschichteten Kunststoffe.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen führen zu einer Erhöhung der Abriebfestigkeit als auch der Beständigkeit gegen Lösungsmittel, eine Eigenschaft, die bei Verwendung der bekannten Polysiloxanbeschichtungen nicht möglich war. Die erfindungsgemäßen Polysiloxanbeschichtungen können mit organischen Farbstoffen getönt oder gefärbt werden, sodaß die beschichteten Gläser den Modefarben oder Sonnenglasfarben entsprechen, die die im Handel erhältlichen gefärbten beschichteten Gläser aufweisen.

Die Hauptmonomeren des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Siloxanpolymeren ist das Tetraäthylorthosi1ikat und einige Gemische aus Methyltrimethoxysilan, Methyltriäthoxysilan, Äthyltrimethoxysilan, Äthyltriäthoxysilan, Dimethyldimethoxysilan und Dimethyldiäthoxysi1 an. Geeignete, abriebfeste Beschichtungen sowohl für Polycarbonate als auch für Diäthylglykol-bis-allylcarbonate werden z.B. hergestellt durch die Umsetzung von 35 bis 70 Gew.-% Tetraäthylorthosi1ikat und 60 bis 20 Gew.-% Methyltrimethoxysilan zu einem hochvernetzten Polysi1oxanpolymer. Wenn man diese Monomeren in situ durch Zugabe von Wasser zur Alkohol1ösung hydro!isieren läßt, bildet das Polymer eine abriebfeste Beschichtung, wenn es auf die Oberfläche einer Linse aufgebracht wird und dort vernetzt wird und durch Anwendung von Wärme entweder in Anwesenheit oder in Abwesenheit eines Katalysators gehärtet wird. Als zu beschichtendes Substrat wird ein Substrat verwendet, das Wasser unter

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feuchten Bedingungen absorbiert, z.B. PoTydiäthylglykol-bisallylcarbonat und CeI1uloseacetat-propionat. In diesem Fall wird weniger Tetraäthylorthosi1ikat verwendet. Geeignete Beschichtungsmaterialien für diese Substrate werden durch Umsetzung von etwa 35 bis 45 Gew.-% Tetraäthylorthosilikat, etwa 45 bis 55 Gew.-% Methyltrimethoxysi1 an und etwa 5 bis 15 Gew.-% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan erhalten.

Es ist jedoch auch gefunden worden, wie die erfindungsgemäßen Beschichtungen gefärbt werden können, wenn sie auf die Oberfläche der Linse aufgebracht und gehärtet worden sind. Da hochvernetzte Polysiloxane relativ beständig gegen Färbemittel s.ind, sind zwei Verfahren zur Modifikation der Eigenschaften dieser Kunststoffe entwickelt worden, sodaß die organischen Farbstoffe in die Beschichtung eindringen und von der molekularen Struktur absorbiert werden.

Das erste. Verfahren umfaßt die Zugabe einiger oberflächenaktiver Mittel oder Benetzungsmittel zum Beschichtungsgemisch. So ermöglicht z.B. die Zugabe eines nicht ionischen Benetzungsmittels, z.B. Triton X-100, ein Polyäthylenoxydderivat des Nonylphenols (Rohm & Haas Company) das Eindringen von üblichen Brillenglasfarbstoffen in die Beschichtung. Ein anderes einsetzbares Benetzungsmittel ist das Fluorad FC-430, ein nicht ionischer fluorierter Alkylester (3M Company). Die erfindungsgemäßen Beschichtungen, die mit diesen Materialien hergestellt worden sind, können durch organische Farbstoffe getönt bzw. gefärbt werden.

Eine weitere Ausgestaltung ist die Verwendung von bis zu 20 Gew.-% eines reaktiven Siloxanmonomeren mit einer polaren Stelle, die den Angriff eines organischen Farbstoffes ermöglicht. Geeignete reaktive Siloxanmonomeren sind z.B. 3-Chlorpropyltrimethoxysilan , 3-Glycidylpropyltrimethoxysi1 an, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysi lan , Bis (2- hydro xyät hy 1 )ami»nopropyl trimethoxysi lan und (3 ,4-Epoxycylohexyl)äthyltrimethoxysi1 an. Diese Monomeren

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reagieren mit dem Tetraäthylorthosi1ikat/Silanbeschichtungsgemisch, wobei - wie in den Beispielen gezeigt - einfärbbare Linsen- bzw. Brillenbeschichtungen erhalten werden. Wenn diese Monomeren verwendet werden und wenn sie ein Teil des Silan-Anteils des Basis-Tetraäthylorthosi1ikat /Silangemisches darstellen, dann muß die Silankomponente in einer Menge von insgesamt wenigstens 30 Gew.-% vorhanden sein.

Beispiel 1

208 g Tetraäthylorthosi1ikat, 136 g Methyltrimethoxysilan werden in 95 g Alkohol (50 % Isopropanol, 50 % n-Butanol), 130 g Wasser, 30 g Essigsäure und 40 Tropfen Salzsäure unter Verwendung eines Eisbades für 10 Minuten hydrolisiert, um die anfängliche exotherme Reaktion zu kontrollieren, und dann wird weiter bei Raumtemperatur über Nacht hydrolisiert.

Dann wurden Polycarbonatgläser grundiert, indem man sie für 1 Minute in eine Lösung taucht, die 10 % Gamma-aminopropyltriäthoxysilan, 85 % Äthylalkohol und 5 % Wasser enthält, dann läßt man die Lösung abtropfen, die Schicht wird an der Luft getrocknet und dann wird das glas beschichtet durch Eintauchen in die Lösung enthaltend das abriebfeste Beschichtungsgemisch und danach wird die Beschichtung für 8 Stunden bei 104⁰C gehärtet. Die erhaltenen Beschichtungen wiesen eine Dicke von durchschnittlich 2 μ auf und waren gegen Abrieb und Lösungsmittel beständig.

Beispiel 2

50 g Methyltrimethoxysi1 an und 50 g Tetraäthylorthosi1ikat wurden in 40 g einer Lösung von Isopropanol und n-Butanol (50/50 Gew.-%) hydrolisiert, wobei unter konstantem Rühren 35 g Wasser und 10 g Essigsäure tropfenweise hinzugefUhrt wurden. Die Lösung wurde dann für 1 Tag stehen gelassen.

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Danach wurden Polycarbonatgläser, die wie in Beispiel 1 grundiert worden waren, und CR-39 (hydrolysiert) Gläser tauchbehandelt mit einer Beschichtungslösung, die das abriebfeste Beschichtungsmittel enthielt, und dann wurde die Beschichtung für 8 Stunden bei 104⁰C gehärtet. Die erhaltenen Beschichtungen wiesen eine Stärke von durchschnittlich 2 μ auf und waren sehr gut gegen Abrieb und gegen Lösungsmittel beständig.

Beispiel 3

100 g Methyltrimethoxysilan, 100 g Tetraäthylorthosilikat und 80 g Isopropanol/n-Butanol (50/50 Gew.-%) wurden mit 70 g Wasser gemischt, wobei 20 g Essigsäure langsam hinzugefügt wurden.

Nachdem die Lösung über Nacht gerührt worden war, wurde sie in 7 Anteile a 50 g. geteilt. In die Teillösungen wurden 0, 0,1, 0,25, 0,5, 1,0, 2,5 bzw. 5 % Triton X-100 hinzugefügt.

Die grundierten Polycarbonatgläser wurden dann.mit jeweils einer Lösung beschichtet und für 8 Stunden bei 104⁰C gehärtet. Die erhaltenen Beschichtungen wiesen eine Stärke von 2 bis 3 μ auf. Die Beschichtungen wurden mit organischen Tauchfarbstoffen (Brillenglas grau der Firma Brain Power Inc.) gemischt mit Wasser eingefärbt. Die sichtbare Durchlässigkeit der Gläser betrug nach 5-minutigem Färben bei 93⁰C 87%, 88%, 88%,86%, 84%, 62% bzw. 25%.

Beispiel 4

50 g der Beschichtungslösung hergestellt nach Beispiel 3 wurden zu einer 2%-igen Fluorad FC-430-Lösung gegeben. Umrandete Polycarbonatgläser wurden beschichtet und wie oben angegeben ausgehärtet. Die Beschichtung nahm den organischen Farbstoff auf und die Gläser wiesen eine sichtbare Durchlässigkeit von 56 % nach einer 5-minutigen Behandlung bei 93°C in der wässrigen Farbstoffmischung auf.

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Beispiel 5

24 g Tetraäthylorthosilikat, 12 g Methyltrimethoxysilan und 4 g 3-Methycryloxypropyltrimethoxysi1 an wurden in 19 g Isopropanoi/ n-Butanol (50/50 Gew.-%) hydrolisiert, wobei langsam 12,5 g Wasser und 3,75 g Essigsäure hinzugegeben wurden. Die Lösung wurde für 3 Tage gerührt.

Dann wurden grundierte Polycarbonatgläser beschichtet und gehärtet wie in den vorigen Beispielen angegeben. Die Beschichtungen waren für das Färben mit organischen Brillengläserfarbstoffen geeignet. Die sichtbare Durchlässigkeit betrug 76 % nach einer 5-minütigen Behandlung bei 93°C in der wässrigen Farbstoff(BPI grau)mischung.

Beispiel 6

24 g Tetraäthylorthosilikat, 12 g Methyltrimethoxysilan und 6,45 g Bis(2-hydroxyäthyl)aminopropyltriäthoxysi1 an wurden in 16 g Isopropanol/n-Butanol (50/50 Gew.-%) hydrolisiert, wobei 12,75 g Wasser und 3,75 g Essigsäure langsam hinzugefügt wurden. Der pH-Wert der Lösung wurde mit Salzsäure auf einen Wert von 3 eingestellt.

Die so beschichteten Polycarbonatgläser nahmen den organischen Farbstoff (BPI grau) aus einer wässrigen Lösung bei einer 5-minütigen Farbstoffbehänd!ung bei 93°C auf. Die Gläser wiesen eine Durchlässigkeit von 74% auf.

Beispiel 7

344 g Tetraäthylorthosi1ikat, 430 g Methyltrimethoxysilan und 86 g 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysi1 an wurden hydrolisiert, wobei langsam 310 g einer Mischung von Isopropanol/n-Butylalkohol (50/50 Gew.-%), 310 g Wasser und 69 g Essigsäure in einer Geschwindigkeit hinzugefügt wurden, daß die Umsetzung eine Temperatur von 30⁰C nicht überstieg. Die Beschichtungslösung wurde für etwa 4 Tage gerührt bevor sie verwendet wurde und

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die Besctiichtungslösung wies eine Gebrauchsdauer von ca. 4 bis 6 Wochen auf.

Es wurden CR-39 (hydro!isiert) Brillengläser durch Eintauchen in die gerührte Beschichtungslösung beschichtet, wobei die Gläser mit einer Geschwindigkeit von' etwa 254 mm

pro Minute aus der Beschichtungslösung herausgezogen wurden. Die Dicke der Beschichtungsschicht betrug etwa 2 bis 3 μ. Die so beschichteten Gläser wiesen eine sehr gute Beständigkeit gegen Luftfeuchtigkeit, siedendes Wasser und im Abriebtest auf. Darüberhinaus besaßen die so behandelten Gläser eine erhöhte Schlagfestigkeit.

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Claims

Patentansprüche

1. Beschichtungsgemisch, das zu einer optisch klaren, abriebfesten

Beschichtung härtbar ist, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß es ein Hydrolyseprodukt von etwa 35 bis 70 Gew.-% Tetraäthylorthosilikat und 60 bis 20 Gew.-% eines Silans ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyltrimethoxysilan, Methyltriäthoxysilan, Äthyltrimethoxysilan, Äthyltriäthoxysilan,
Dimethyldimethoxysilan , Dimethyldiäthoxysilan und Gemische
davon und bis zu 20 Gew.-% eines Siloxans mit einer reaktiven polaren Stelle enthält. '

2. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß etwa 60 G-ew.-% Tetraäthylorthosilikat und etwa 40 Gew.-% Methyltrimethoxysilan mit einer Mischung aus Wasser, Alkohol und Essigsäure hydrolisiert und das Gemisch dann gehärtet worden ist.

3. -Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 50 Gew.-% Tetraäthylorthosilikat und 50 Gew.-% Methyltrimethoxysilan mit einem Gemisch von
Wasser, Alkohol und Essigsäure hydrolisiert und das Gemisch dann gehärtet worden ist.

4. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin wenigstens 1 Gew.-% eines nicht ionischen oberflächenaktiven Mittels enthält.

5. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Triton X-100 und Fluorad
FC-430.

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6. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan mit der reaktiven polaren Stelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 3-Chlorpropyltrimethoxysilan, 3-Glycidylpropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Bi s(2-Hydroxyäthyl)aminopropyltrimethoxysi lan, und (3 ,4-Epoxycyclohexyl)äthyltrimethoxysilan.

7. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 60 Gew.-% Tetraäthylorthosi1ikat, 30 Gew.-% Methyltrimethoxysilan und 10 Gew.-% 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan mit einem Gemisch von Wasser, Alkohol und Essigsäure hydrolisiert und das Gemisch dann gehärtet worden ist.

8. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 57 Gew.-% Tetraäthylorthosi1ikat, etwa 28 Gew.-% Methyltrimethoxysilan und etwa 15 Gew.-% Bis-(2-Hydroxyäthyl)aminopropyltriäthoxysi1 an mit einem Gemisch' von Wasser, Alkohol und Essigsäure hydrolisiert und das Gemisch dann gehärtet worden ist.

9. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Hydrolyseprodukt von etwa 35 bis 45 Gew.-% Tetraäthylorthosili kat und 55 bis 45 Gew.-% Methyltrimethoxysilan und 5 bis 15 Gew.-% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysi lan enth alt.

10. Beschichtungsgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 40 Gew.-% Tetraäthylorthosi1ikat und etwa 50 Gew.-% Methyltrimethoxysilan und 10 Gew.-% 3-GIycidoxypropyltrimethoxysilan mit einer Mischung von Wasser, Alkohol und Essigsäure hydrolisiert und das Gemisch dann gehärtet worden ist.

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11. Brillengläser, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Gemisch nach Anspruch 1 beschichtet sind.

12. Verwendung von Beschichtungsgemischen nach den Ansprüchen Γ bis 10 zur Beschichtung von Brillengläsern.

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