DE3432362A1

DE3432362A1 - Organisches glas und seine verwendung

Info

Publication number: DE3432362A1
Application number: DE19843432362
Authority: DE
Inventors: Hideo Gamagori Aichi Kabeya; Kazuo Gamagori Aichi Makino; Akira Takarazuka Hyogo Matsumoto
Original assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Current assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-09-03
Publication date: 1985-09-26
Also published as: US4598133A; JPS6250488B2; AU550896B2; JPS60197709A; AU3254384A; GB8423766D0; GB2155939A; FR2561397B1; DE3432362C2; FR2561397A1; CH662891A5; GB2155939B

Description

Gegenstand der Erfindung ist organisches Glas mit hohem Bre-
chungsindex und ausgezeichneten weiteren physikalischen Eigenschaften, das sich als Werkstoff zur Herstellung von optischen Teilen, wie Linsen und Prismen eignet. Die Erfindung wird anhand von Linsen als Beispiel für optische Teile erläutert, ist aber nicht darauf beschränkt.
Organisches Glas wurde infolge seines geringen Gewichts im Vergleich mit anorganischem Glas als Linsenmaterial für Brillen in Betracht gezogen. Organisches Glas aus einem Polymerisat von Diäthylenglykol-bis-(allylcarbonat) (nachstehend als "CR-39" bezeichnet) und Methacrylsäuremethylester wurde bereits als Linsenwerkstoff benutzt. Diese organischen Gläser haben jedoch nur einen Brechungsindex von 1,49 bis 1,50, d.h. einen niedrigeren Brechungsindex als anorganische Gläser, bei denen beispielsweise weißes Kronenglas einen Wert von 1,523 besitzt. Wenn solche organischen Gläser als Linsenmaterial zur Korrektur der Sehstärke benutztrærden, muß das Glas im Vergleich zu einem anorganischen Glas dicker gemacht werden, so daß der Vorteil des geringen Gewichts verloren geht und sich außerdem ein schlechtes Aussehen ergibt. Diese Erscheinung verstärkt sich bei zunehmender Dioptrienzahl der Linse aus organischem Glas. Organisches Glas ist deshalb nicht immer als Linsenwerkstoff geeignet, insbesondere wenn es sich um starke Linsen zur Korrektur der Sehstärke handelt.
Zur Oberwindung dieses Nachteils der bekannten organischen Gläser wurden Werkstoffe mit einem Gehalt an Phthalsäurediallylharz vorgeschlagen, die einen hohen Brechungsindex aufweisen. Diese Gläser sind jedoch spröde und ihre Lichtdurchlässigkeit ist fraglich, so daß ihre Eigenschaften als Linsenwerkstoff ungenügend sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, organisches Glas zu schaffen, das einen hohen Brechungsindex und ausgezeichnete weitere physikalische Eigenschaften wie hervorragende Lichtdurchlässigkeit und Zähigkeit (Schlagfestigkeit) aufweist, die für Linsen gefordert werden.
Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst, daß organisches Glas erhalten werden kann, das sich zur Herstellung von optischen Teilen eignet, wenn ein Copolymerisat aus drei monomeren Komponenten verwendet wird, nämlich Isophthalsäurediallylester, ein Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols und ein Methacrylsäureester, dessen Polymerisat einen hohen Brechungsindex aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein organisches Glas, das dadurch gekennzeichnet ist,daB es ein Copolymerisat umfaßt, welches erhalten wurde durch Polymerisation eines Gemisches aus (a) 30 bis 85 Gewichtsprozent Isophthalsäurediallylester, (b) 10 bis 65 Gewichtsprozent eines Benzoesäureesters eines ungesättigten Alkohols und (c) 5 bis 35 Gewichtsprozent eines Methacrylsäureesters, dessen Polymerisat einen Brechungsindex von mindestens 1,55 aufweist, unter Zugabe eines Polymerisationsinitiators.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des organisches Glases zur Herstellung von optischen Teilen, wie Linsen und Prismen.
Figur 1 zeigt im Querschnitt eine Form, wie sie in den Beispielen der Anmeldung verwendet wird.
Wenn die Menge der Komponente (a) im verwendeten Monomerengemisch weniger als 30 Gewichtsprozent beträgt, fehlt dem organischen Glas die Oberflächenhärte. Bei einer Menge an Komponente (a) über 85 Gewichtsprozent, d.h. bei einem Gehalt an Komponente (b) von weniger als 10 Gewichtsprozent und an Komponente (c) von weniger als 5 Gewichtsprozent, tritt die Wirkung des Zusatzes der Komponenten (b) und (c) nicht mehr in Erscheinung. Bei einem Gehalt an mehr als 35 Gewichtsprozent Komponente (c) entstehen inhomogene Teile und geringere Lichtdurchlässigkeit oder eine spröde Oberfläche. Die Copolymerisation der Komponente (b), die ein Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols ist, der nur eine funktionelle Gruppe aufweist, mit der Komponente (a), Isophthalsäurediallylester mit zwei funktionellen Gruppen, erhöht die Anzahl von Molekülen zwischen Vernetzungen, die durch den Isophthalsäurediallylester gebildet werden und erniedrigt die Vernetzungsdichte der stark vernetzten Struktur, die vom Isophthalsäurediallylester erzeugt wird und zu Sprödigkeit des Copolymerisates führt. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Componente (b) einen bestimmten Grad an Freiheit der Molekülketten erzeugt und zur Verbesserung der Schlagfestigkeit des Copolymerisates beiträgt.
Andererseits ist der Methacrylsäureester der Komponente (c) mit Isophthalsäurediallylester nicht gut copolymerisierbar.
Die Polymerisation des Methacrylsäureesters führt zur Entstehung heterogener Teile im Copolymerisat und zu örtlichen Schnitten in der vom Isophthalsäurediallylester gebildeten vernetzten Struktur. So trägt vermutlich auch die Komponente (c) zur Verbesserung der Schlagfestigkeit des Copolymerisates in Zusammenwirkung mit der Komponente (b) bei. Dies wird durch die Ergebnisse der Schlagfestigkeitsprüfungen bestätigt; vgl. Tabelle II.
Es wird ein Methacrylsäureester verwendet, dessen Polymerisat einen hohen Brechungsindex aufweist, um auch im erzeugten Copolymerisat einen hohen Brechungsindex zu erhalten.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutern die Erfindung.
Beispiele 1 - 8 und Vergleichsbeispiele 1 - 4 Zusammensetzungen aus einem Gemisch der monomeren Komponenten (a), (b) und (c) in den in Tabelle I angegebenen Mengenverhältnissen und 6 PHR Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator wurden vermischt und in eine Form gemäß Figur 1 eingebracht, die aus den zwei Glasteilen 1 und 1 und einer kreisförmigen Dichtung 2 aus Kunstharz besteht. Die Form wird in 16 Stunden von 40 auf 1000C erhitzt und weitere 4 Stunden bei 100"C gehalten, um die Polymerisation zu vervollständigen. Dabei werden Formteile (Linsen) aus einem organischen Glas erhalten. Die physikalischen Eigenschaften der Produkte der Beispiele sind in Tabelle II angegeben. Alle erfindungsgemäßen Produkte weisen hohen Brechungsindex, ausgezeichnete Schlagfestigkeit und hervorragende andere physikalische Eigenschaften, wie Lichtdurchlässigkeit, auf.
Im Vergleichsbeispiel 1 wurde CR-39 unter den gleichen Polymerisationsbedingungen polymerisiert.
Beispiel 9 Eine Organosilicium-Hartbeschichtungsflüssigkeit wurde auf die in Beispiel 1 erhaltene Linse durch Eintauchen auf gebracht und dann zur Aushärtung 4 Stunden auf 100"C erhitzt.
Der Beschichtungsfilm hat eine Dicke von etwa 3 ßm. Die beschichtete Linse hat eine Adhäsion von 100/100, eine Oberflächenhärte von 4H und eine Kratzfestigkeit von A. Diese Eigenschaften der beschichteten Linse ändern sich nicht, wenn die Linse 30 Minuten bei 900C mit einem braunen Farbstoff gefärbt wird. Die beschichtete Linse ist der aus CR-39 gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen und ebenfalls beschichteten Linse in Bezug auf die Haftfestigkeit des Beschichtungsfilms überlegen.
B e i s p i e 1 10 Auf einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Linse wird nach ausreichendem Waschen SiO2 in einer Dicke von etwa 5 ßm, Al2O3 in & /2 und SiO2 in /4 in entsprechender Reihenfolge im Vakuum aus der Gasphase abgeschieden. Die erhaltene Linse weist eine Adhäsion von 100/100, eine Oberflächenhärte von 7 H und die Kratzfestigkeit S auf. Nach 30 Minuten Eintauchen in heißes Wasser von 70"C oder nach 30 Minuten in heißer Luft von 1000C zeigt der abgeschiedene Film auf den Linsen keine Änderung. Das erfindungsgemäß hergestellte organische Glas weist somit hervorragende Haftung an anorganischen Beschichtungsfilmen auf.
Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften wurden folgende Testverfahren angewendet: (a) Lichtdurchlässigkeit: Gemessen im visuellen Durchlässigkeits-Photometer (Asahi Bunko Co. Ltd., ASC, Modell 304) (b) Brechungsindex und seine Streuung: Der Brechungsindex und seine Streuung wurde an einem Block mit zwei gekreuzten, optisch polierten Oberflächen mit einem Abbe-Refraktometer gemessen ( Atago Co. Ltd.) (c) Spezifisches Gewicht: Berechnet aus dem Auftrieb in reinem Wasser bei 20"C.
(d) Oberflächenhärte (Bleistifthärte). Der Test( wird nach JIS K-5400 unter einer Belastung von 1 kgf/durchgeführt.
Die Härte wird durch die höchste Bleistifthärte angegeben, bei der die Oberfläche nicht beschädigt wird.
(e) Kratzfestigkeit: Beim Reiben der Linsenoberfläche mit Stahlwolle Nr. 0000 wird der Grad der Beschädigung folgendermaßen angegeben: Keine Beschädigung = (s) kaum beschädigt = (A) etwas beschädigt = (B) stark beschädigt = (C) (f) Schlagfestigkeit: Nach dem Standard der Food and Drug Administration werden 10 Proben geprüft, wobei eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 16,2 g oder 25 g aus einer Höhe von 127 cm auf die Proben fallengelassen wird.
Das Verhältnis der durchschlagenen oder gebrochenen Proben bei 10 Proben wird als Bruch angegeben.
(g) Haftfähigkeit: Gemäß JIS D-0202 werden 100 Karos mit einem Messer hergestellt. Der Abschältest für die Karos wird unter Verwendung eines Cellophan-Klebestreifens durchgeführt. Es wird die Durchschnittszahl der verbliebenen Karos bei dreimaliger Wiederholung des Tests in Prozent angegeben.
(h) Färbbarkeit: Eine Linsenprobe wird 30 Minuten bei 90"C in ein braunes Farbbad getaucht. Danach wird ihre visuelle Lichtdurchlässigkeit nach dem Prüfverfahren (a) bebestimmt.

Tabelle 1

Komponente (a) Komponente (b) Komponente (c)

Isophthalsäure- Benzoessäure- Methacrylsäure-

Diallylester Allylester Benzylester

Beispiel 1 60 35 5

" 2 55 35 10

" 3 50 30 20

" 4 50 45 5

" 5 40 55 5

" 6 60 30 10

" 7 60 20 20

" 8 60 10 30

Vergleichs-

beispiel 2 20 80 -

" 3 90 - 10

" 4 50 10 40

Tabelle II

Lichtdurch- Brechungs- Streuung- spezifisches Ober- Kratz- Schlagfestigkeit Färbbar-

lässigkeit, index, Gewicht flächen- festig keit

(%) (ND) (#) (20°C) härte keit 16 2 25 g (%)

Beispiel 1 92 1,566 32,8 1,236 2H A 0/10 7/10 27

" 2 92 1,567 31,7 1,231 2H B 0/10 0/10 5

" 3 92 1,568 31,1 1,230 2H B 0/10 0/10 5

" 4 92 1,569 31,5 1,234 2H B 0/10 6/10 7

" 5 92 1,568 31,5 1,225 2H B 0/10 4/10 3

" 6 92 1,566 32,0 1,231 2H B 0/10 0/10 22

" 7 92 1,566 30,6 1,233 2H B 0/10 0/10 24

" 8 92 1,568 31,7 1,232 2H B 0/10 0/10 24

Vergleichs-

beispiel 1 92 1,498 53,6 2H A 0/10 0/10 25

" 2 92 - - höchstens C 10/10 0/10 -

B

" 3 92 1,566 33,8 1,252 2H B 10/10 0/10 65

" 4 92 1,566 31,2 1,228 H C 0/10 0/10 23

Claims

" Organisches Glas und seine Verwendung Patentansprüche 1. Organisches Glas, d a d u r c h g e k e n n z e i c hnet,daß es einCopolymerisat umfaßt, welches erhalten wurde durch Polymerisation eines Gemisches aus (a) 30 bis 85 Gewichtsprozent Isophthalsäurediallylester, (b) 10 bis 65 Gewichtsprozent eines Benzoesäureesters eines ungesättigten Alkohols und (c) 5 bis 35 Gewichtsprozent eines Methacrylsäureesters, dessen Polymerisat einen Brechungsindex von mindestens 1,55 aufweist, unter Zugabe eines Polymerisationsinitiators, 2. Organisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols Benzoesäureallylester und der Methacrylsäureester Methacrylsäurebenzylester ist.
3. Organisches Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator verwendet wird.
4. Organisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols Benzoesäurevinylester und der Methacrylsäureester Methacrylsäurebenzylester ist.
5. Organisches Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß fliisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator verwendet wird.
6. Organisches Glas, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Copolymerisat umfaßt, das erhalten wurde durch Polymerisation eines Gemisches aus (a) 30 bis 80 Gewichtsprozent Isophthalsäurediallylester, (b) 10 bis 65 Gewichtsprozent eines Benzoesäureesters eines ungesättigten Alkohols und (c) 5 bis 20 Gewichtsprozent eines Methacrylsäureesters, dessen Polymerisat einen Brechungsindex von mindestens 1,55 aufweist, unter Zugabe eines Polymerisationsinitiators.
7. Organisches Glas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols Benzoesäureallylester und der Methacrylsäureester Methacrylsäurebenzylester ist.
8. Organisches Glas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator verwendet wird.
9. Organisches Glas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Benzoesäureester eines ungesättigten Alkohols Benzoesäurevinylester und der Methacrylsäureester Methacrylsäurebenzylester ist.
10. Organisches Glas nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Diisopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator verwendet wird.
11. Verwendung des organischen Glases nach Anspruch 1 bis 10 zur Herstellung von optischen Teilen, wie Linsen und Prismen.