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Die
Erfindung betrifft einen polarisierten und kratzfesten Artikel und
ein Verfahren zum Herstellen einer polarisierten und kratzfesten
Beschichtung auf einem geeigneten Substrat, zum Beispiel einem mineralischen oder
organischen Glas.
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Auf
Substrate aufgetragene kratzfeste Beschichtungen sind im Stand der
Technik bereits beschrieben. Zum Beispiel beschreibt
US 4 211 823 oder
EP 0 614 957 kratzfeste Beschichtungszusammensetzungen,
die hydrolysierte Silane und Aluminiumverbindungen enthalten, sowie
kratz- und schlagfeste beschichtete Artikel.
US 5 316 791 ,
US 6 503 631 und
US 6 489 028 beschreiben ein kombiniertes
zweischichtiges schlagfestes und kratzbeständiges System, das jeweils
eine Grundierbeschichtung (Primer-Beschichtung) aus abgebundenem
Polyurethan oder Poly(meth)acryl-Latex oder Butadien-Einheiten enthaltendem
Latex umfasst, auf die eine kratzfeste Beschichtung wie oben beschrieben
aufgetragen ist. Der Latex kann auch ein photochromer Latex sein,
wie in
EP 1 161 512 oder
FR 2 811 322 beschrieben.
Ein solcher Latex kann die Schlagfestigkeit des Artikels verbessern,
auf den er aufgetragen wird, und diesem Artikel außerdem photochrome
Eigenschaften verleihen.
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Polarisierte
Gläser
sind ebenfalls im Stand der Technik gut bekannt aufgrund ihrer Fähigkeit,
die Blendwirkung zu unterdrücken,
die durch die Reflexion von Licht auf Schnee, der Meeresoberfläche, nassen Straßen etc.
verursacht wird, und das Auge selbst zu schützen.
US 5 602 661 beschreibt eine optische
Komponente, die eine Orientierungsschicht aus photoorientierbarem
Polymer (LPP), die mit polarisiertem Licht bestrahlt und gleichzeitig
vernetzt wird, und einen anisotropen Film aus vernetzten Flüssigkristallmaterial-(LCP)-Monomeren
umfasst, wobei eine lokale Orientierung der Flüssigkristallmoleküle durch
die Orientierung der (LPP)-Schicht hervorgerufen wird.
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EP 1 256 602 beschreibt
ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristallpolymerfilms (einschließlich eines
dichroitischen Farbstoffs) aus einer filmbildenden Lösung. Diese
filmbildende Lösung
kann auf ein Glas- oder Plastiksubstrat aufgetragen und anschließend verdampft
werden, um einen Film zu bilden, der dann optisch vernetzt wird,
der Film kann mit einer anderen Schicht beschichtet werden.
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Üblicherweise
werden polarisierte Schichten auf das Substrat unter Verwendung
einer Klebeschicht zwischen dem Substrat und der polarisierten Schicht
aufgetragen. Der Zusatz des Klebstoffs ist in industriellem Maßstab ein
kostspieliger und technisch lästiger
Schritt. Außerdem
ist diese Technologie sehr schwierig auf einer gekrümmten Oberfläche einzusetzen
und erfordert üblicherweise
einen Thermoformschritt des polarisierten Films.
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Die
vorliegende Erfindung soll dieser Situation abhelfen und schlägt eine
neue Generation von beschichteten Artikeln vor, die sowohl polarisiert
als auch kratzfest sind, wobei das Vorhandensein eines Klebmittels
zwischen dem Substrat und der polarisierten Schicht vermieden werden
kann. Außerdem
weisen diese beschichteten Artikel optische Eigenschaften hoher
Qualität
auf, die besonders interessant sind, wenn es sich bei diesen Artikeln
um optische Linsen und insbesondere um Augenlinsen handelt. Durch
Verwendung der polarisierten und kratzfesten Schichten wie in der
vorliegenden Anmeldung beschrieben, ist es nämlich möglich, optische Linsen mit
einem relativen Transmissionsfaktor in sichtbaren (Tv)
zwischen mindestens 80% bis 6% in Verbindung mit einem Kontrastverhältnis zu
erhalten, das höher
als das üblicherweise
beobachtete und wenigstens größer als
8 und vorzugsweise wenigstens größer als
100 ist. Dann könnte
die vorliegende Erfindung optische Linsen liefern, die alle Kategorien
(von Filterkategorie 0 bis 4) der zum Klassifizieren von Linsen
basierend auf ihrer Lichttransmission verwendeten genormten internationalen
Definition erfüllen.
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Unter
einer polarisierten Schicht wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung
eine Schicht, die orientierte Flüssigkristalle
(LCP) enthält,
und eine Photoorientierungsschicht verstanden.
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Unter
einer kratzfesten Beschichtung wird im Rahmen der Erfindung eine
kratzfeste Einzelschicht oder eine kratzfeste Multischicht mit zwei
bis vier, vorzugsweise zwei bis drei Schichten und insbesondere
eine Doppelschicht verstanden. Weitere diese kratzfeste Beschichtung
betreffende Details werden in der folgenden Beschreibung definiert.
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Unter
Substrat wird im Rahmen der Erfindung jedes mineralische oder organische
Glas verstanden, das optional mit einer getönten Beschichtung, einer photochromen
Beschichtung, einer Schutzbeschichtung (um zum Beispiel einem Abbau
durch Lösungsmittel
zu widerstehen) oder einer kratzfesten Beschichtung beschichtet
werden kann. Diese letztere Beschichtung wird vorzugsweise in dem
Fall verwendet, dass das Substrat ein organisches Substrat auf Grundlage
von Polycarbonat-Polymer ist. Es versteht sich auch, dass Substrat
im Sinne der Erfindung alle mineralischen oder organischen Gläser sein
können,
bei denen die Photochrom- oder Tönungsfunktion
im Material des Substrats selbst enthalten ist.
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Genauer
gesagt betrifft die Erfindung einen polarisierten und kratzfesten
Artikel mit:
- a) einer auf einem Substrat aufgebrachten
polarisierten Schicht, wobei die polarisierte Schicht eine orientierte
Flüssigkristall-Polymerschicht
(LCP) mit einem oder mehreren Farbstoffen, von denen wenigstens
einer ein dichroitischer Farbstoff ist, und optionalen Zusätzen enthält, wobei
die Flüssigkristallschicht
auf einer Photoorientierungsschicht platziert ist, und
- b) einer die polarisierte Schicht überdeckenden kratzfesten Einzelschicht
oder Mehrfachschicht.
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Einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist der Artikel
eine Augenlinse. In diesem Fall kann das Substrat der Linse ein
Mineralglas und auch ein organisches Glas, zum Beispiel aus Carbonat, (Meth)acryl,
Thio(meth)acryl, (Diethylenglykolbisallylcarbonat), Urethan, Thiourethan,
Homopolymeren und Copolymeren und Gemischen von diesen sein.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung umfasst der erfindungsgemäße Artikel
eine polarisierte Schicht, die enthalten kann: wenigstens eine Photoorientierungsschicht
und eine nachfolgende Schicht aus vernetztem Flüssigkristall-Polymer (LCP),
die einen oder mehrere Farbstoffe enthält, von denen wenigstens einer
dichroitisch ist, und eine weitere kratzfeste Beschichtung, die
eine Einzelschicht oder eine Multischicht ist. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung ist die weitere kratzfeste Beschichtung
ausgewählt
unter einer Einzelschicht und einer Doppelschicht.
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Vorteilhafterweise
hat die polarisierte Schicht eine Dicke zwischen 1 und 20 μm, vorzugsweise
von 3 bis 8 μm.
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Die
polarisierte Schicht, die die Schicht aus photoorientiertem Polymer
und die Schicht aus Flüssigkristallpolymer
und dichroitischen Farbstoffen enthält, bildet einen anisotropen Film,
wobei die Orientierungen der die polarisierende Schicht bildenden
Schichten korreliert sind.
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Der
erfindungsgemäße Artikel
umfasst eine über
der polarisierten Schicht angeordnete kratzfeste Beschichtung. Diese
kratzfeste Beschichtung kann eine Einzelschicht oder eine Multischicht
mit zwei bis vier Schichten sein und ist vorzugsweise ausgewählt unter
einer Einzelschicht und einer Doppelschicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der polarisierte
und kratzfeste Artikel eine kratzfeste Einzelschicht oder Doppelschicht,
die auf die LCP-Schicht auf diesem Artikel, optional nach Behandlung
dieses Artikels, aufgetragen ist, wobei die Behandlung ausgewählt ist
unter einer chemischen, thermischen, Korona- und Plasmabehandlung.
Einer vorteilhafteren Ausgestaltung der Erfindung zufolge ist die Behandlung
ausgewählt
unter chemischer, thermischer und Korona-Behandlung.
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Eine
geeignete kratzfeste Einzelschicht ist ausgewählt unter Sol-Gel-Beschichtung
und polymerisierbarer UV-Beschichtung wie etwa polymerisierbarem
(Meth)acryl- oder Epoxi-(Meth)acryl-Monomeren. Genauer gesagt sind geeignete
kratzfeste Einzelschichten hergestellt aus der in
EP 0 614 657 B1 ,
US 5 619 288 und
EP 1 301 560 beschriebenen
Zusammensetzung.
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Überraschenderweise
haben die Anmelder festgestellt, dass die weitere Beschichtung oder
Abdeckung der polarisierten Schicht auf dem Substrat mit einer kratzfesten
Schicht eine bessere Anhaftung der polarisierten Schicht auf dem
Substrat gewährleisten
kann.
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Des
weiteren haben die Anmelder festgestellt, dass die Intensität und die
Dosis des zum Polymerisieren und Orientieren der polarisierten Beschichtung
verwendeten Lichts eine wichtige Rolle spielen kann, um einen befriedigenden
polarisierten und kratzfesten Artikel zu erhalten. Ein befriedigender
polarisierter und kratzfester Artikel bedeutet einen Artikel, bei
dem die polarisierte Beschichtung und die kratzfeste Beschichtung
eine gute Haftung auf dem Substrat aufweisen, welches den Träger des
Artikels darstellt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung resultiert die kratzfeste
Einzelschicht aus der Auftragung einer kratzfesten Zusammensetzung,
basierend entweder auf Aluminium und Silan-Hydrolysaten oder UV-polymerisierbaren
Epoxi-(Meth)acryl-Monomeren. Diese letzteren Verbindungen werden
von Ultra Optics unter der Bezeichnung (UV-NV) vertrieben.
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Die
kratzfeste Einzelschicht kann zu jenen gehören, die als Hauptbestandteile
ein Epoxialkoxysilan wie etwa zum Beispiel γ-Glycidoxypropyltrimethoxisilan
(GLYMO) und optional ein Dialkyldialkoxysilan wie etwa zum Beispiel
Dimethyldiepoxisilan (DMDES), kolloidales Siliziumoxid und eine
katalytische Menge eines Abbindekatalysators wie etwa Aluminiumacetylacetonat
oder eines Hydrolysats davon enthalten, wobei der Rest der Zusammensetzung
im wesentlichen aus typischerweise zum Formulieren dieser Zusammensetzungen
verwendeten Lösungsmittel
besteht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die kratzfeste Einzelschicht
hergestellt unter Verwendung der in Anspruch 8 von
EP 0 614 957 B1 beschriebenen
Zusammensetzung und besonders bevorzugt unter Verwendung der durch
Beispiel 3 des zitierten Patents beschriebenen Zusammensetzung, welche
auf Aluminium und Silan-Hydrolysaten basiert. Diese Formulierung
der kratzfesten Beschichtung ist nur als Beispiel angegeben und
beschränkt
die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung dieser
Beschichtung.
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Eine
geeignete kratzfeste Doppelschicht enthält eine erste Schicht in direktem
Kontakt mit dem (LCP), die eine Grundierungs-(Primer)-Latexschicht
mit einer Urethanfunktion oder mit einer (Meth)acrylfunktion oder mit
Butadien-Einheiten ist, und eine zweite Schicht, die mit der oben
erwähnten
kratzfesten Einzelschicht identisch sein kann. Eine geeignete Latexschicht
besteht vorzugsweise aus der jeweils in den folgenden Patenten beschriebenen
Zusammensetzung:
US 5 316 791 ,
US 6 503 631 und
US 6 489 028 . Es ist auch
möglich,
als Grundierungslatex einen photochromen Latex wie in
EP 1 161 512 und
FR2 811 322 beschrieben zu verwenden.
Besonders bevorzugt ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete
Grundierungs-Latexschicht eine wässrige
Dispersion von Polyurethan, und besonders bevorzugte konventionell
verfügbare
wässrige
Polyurethandispersionen umfassen W-240 und W-234 (Baxenden
®).
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die kratzfeste Doppelschicht-Beschichtung
eine erste Schicht, welche die oben beschriebene bevorzugte Grundierungs-Latexschicht
und vorzugsweise eine wässrige
Dispersion von Polyurethan ist, und eine zweite Schicht, welche
die oben beschriebene bevorzugte kratzfeste Einzelschicht ist. Gemäß der Erfindung
versteht sich, dass besagte erste Schicht in direktem Kontakt mit
der (LCP)-Schicht
der auf das Substrat des Artikels aufgetragenen polarisierten Schicht
ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird, bevor die Flüssigkristallschicht
(LCP) mit der kratzfesten Schicht beschichtet wird, eine Behandlung
der LCP-Schicht durchgeführt.
Diese Behandlung wird ausgewählt
unter chemischer, thermischer, Korona- und Plasma-Behandlung.
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Die
chemische Behandlung kann folgende Schritte umfassen:
- – sukzessives
Tauchen des Artikels in einem Bad bei 50°C, das 5% wässrige NaOH-Lösung enthält, dann in
einem Wasserbad und dann in einem Bad aus entionisiertem Wasser;
- – optional,
wenn die kratzfeste Beschichtung eine Einzelschichtbeschichtung
ist, wird der Artikel in ein Isopropylalkohol enthaltendes Bad getaucht;
und
- – Trocknen
des Artikels.
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Wenn
die kratzfeste Schicht eine aus UV-polymerisierbarem Epoxi-(Meth)acryl-Monomeren
wie etwa der (UV-NV)-Beschichtung von Ultra Optics erhaltene kratzfeste
Einzelschichtbeschichtung ist, umfasst die chemische Behandlung
lediglich das Waschen des Artikels in einem Wasserbad, gefolgt von
einem üblichen Trocknungsschritt.
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Die
thermische Behandlung umfasst üblicherweise
das Erhitzen des Artikels für
fünf Minuten
bis drei Stunden auf eine Temperatur zwischen 50°C und 130°C, vorzugsweise drei Stunden
bei 100°C.
Es ist auch möglich,
den Artikel eine kurze Zeit unter Verwendung des Schnellabbindeprozesses
zu erhitzen. Bei einem solchen Erhitzungsschritt kann die Temperatur
höher als
100°C sein,
vorzugsweise höher
als 130°C,
aber normalerweise niedriger als 200°C.
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Die
Korona-Behandlung umfasst die Anwendung einer elektrischen Hochspannungsentladung
auf das Substrat bei normalem Druck mit Hilfe einer Elektrode.
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Die
Plasma-Behandlung ist der Korona-Behandlung ähnlich, wird aber unter Hochvakuum
oder in Inertatmosphäre
eingesetzt. Es ist auch möglich,
sie unter Normaldruck einzusetzen.
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Vorzugsweise
ist das Substrat ein organisches Material, besonders bevorzugt eine
organische Linse. Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat ein optisches
Glas oder eine optische Linse, die ausgewählt ist unter einer ophthalmischen
Linse, einem Okularvisier und einem optischen Zielsystem. In einer
bevorzugten Ausgestaltung ist das Substrat eine ophthalmische Linse,
die eine afokale, unifokale, bifokale, trifokale oder progressive
Linse ist. Jede ophthalmische Linse kann außerdem transparent, solar oder photochrom
sein. In diesem Fall kann das mit der polarisierten Schicht und
der kratzfesten Beschichtung beschichtete Substrat mit herkömmlichen
eigenschaftsverbessernden Beschichtungen wie etwa einer Antireflexbeschichtung
und einer Deckschicht überbeschichtet
sein. Antireflexbeschichtungen und die Verfahren zu ihrer Herstellung
sind in der Technik gut bekannt. Die Deckschicht, typischerweise
eine hydrophobe Deckschicht, die bei dem fertigen Artikel die äußerste Beschichtung
auf dem optischen Substrat bildet, ist vorgesehen, um die Schmutzfleckenbeständigkeit
des fertigen optischen Artikels zu verbessern.
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Die
Schichten können
auf die konvexe oder die konkave Seite der Linse oder auf beide
Seiten aufgetragen werden. Es ist allerdings bevorzugt, dass die
polarisierte Schicht auf die konvexe Seite der Linse aufgetragen
wird, um Polarisationsabweichungen aufgrund von Doppelbrechung der
Substrate zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ist die polarisierte Schicht auf die konvexe Seite der Linse schleuderbeschichtet,
und die kratzfeste Beschichtung ist auf konvexe und konkave Seiten
tauchbeschichtet.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines polarisierten
und kratzfesten Artikels mit den Schritten des Zubereitens einer
Flüssigkristalllösung, enthaltend
Farbstoffe und wenigstens einen dichroitischen Farbstoff, des Auftragens
der Lösung
auf ein Substrat, auf dem sich bereits Beschichtungen befinden können, des
Orientierens der Flüssigkristallschicht
mit Hilfe einer Photoausrichtungsschicht, des Beibehaltens der Orientierung,
vorzugsweise durch Vernetzen, und des Aufbringens einer weiteren
kratzfesten Beschichtung auf das Substrat.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die polarisierte Schicht zum Beispiel durch Schleuderbeschichten
oder Tauchbeschichten hergestellt oder auf das Substrat aufgetragen,
und die kratzfeste Schicht ist eine weitere Schicht, die die polarisierte
Schicht überdeckt.
Beschichtungsschritte wie Schleudern, Tauchen, Fließen, Blasbeschichten
oder Sprühen
und insbesondere Schleuderbeschichtungs- und Tauchbeschichtungsschritte
sind leicht durchzuführen,
so dass das erfindungsgemäße Verfahren
industriell kosteneffektiv und praktisch auszuführen ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
die Schritte des Auftragens einer Photoausrichtungsmateriallösung, wobei
diese Photoausrichtungsmateriallösung
optional Zusätze
enthält,
auf das Substrat, um eine Schicht zu bilden, dann des Anwendens
von polarisierter UV-Strahlung
auf die Schicht, dann des Auftragens einer Flüssigkristallmonomerlösung, die
einen oder mehrere Farbstoffe, von denen wenigstens einer dichroitisch
ist, und optional Zusätze
umfasst, auf die erste Schicht und des Vernetzens der erhaltenen
neuen Schicht (LCP) unter Verwendung einer UV-Lichtquelle, des Behandelns
der Oberfläche
der (LCP)-Schicht mit chemischen Lösungen oder einer Korona-,
thermischen oder Plasma-Behandlung, wobei auf jede dieser Behandlungen
jeweils ein Spülschritt
folgt, und des Auftragens einer kratzfesten Beschichtung auf die
resultierende behandelte Schicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
die Schritte:
- a) mehrmaliges Waschen des Substrats
mit basischen Lösungen
und Wasser, gefolgt von einer unter chemischer, Korona-, thermischer
und Plasma-Behandlung ausgewählten
Behandlung, vorzugsweise einer Plasma-Behandlung;
- b) Auftragen einer Photoausrichtungsmateriallösung, wobei
diese Photoausrichtungsmateriallösung
optional Zusätze
umfasst, auf das Substrat, um eine Schicht zu bilden, dann Anwenden
von polarisierter UV-Strahlung auf die Schicht, wobei diese Anwendung
die Wirkung hat, die Photoausrichtungsschicht zu orientieren, zum
Beispiel in der Polarisationsachse des einfallenden UV-Lichts;
- c) Beschichten der Schicht des Schritts b) mit einer Flüssigkristallmonomerlösung mit
einem oder mehreren Farbstoffen, von denen wenigstens einer dichroitisch
ist, und optionalen Zusätzen,
dann Vernetzen der erhaltenen neuen Schicht (LCP) unter Verwendung
einer UV-Lichtquelle;
- d) Behandeln der Oberfläche
der (LCP)-Schicht aus Schritt c) mit chemischen Lösungen;
- e) oder Behandeln der Oberfläche
der Schicht (LCP) aus Schritt c) mit einer unter Korona-, thermischer oder
Plasma-Behandlung
ausgewählten
Behandlung, wobei auf jede dieser Behandlungen jeweils ein Spülschritt
folgt; und
- f) Auftragen einer kratzfesten Beschichtung auf die aus Schritt
d) oder Schritt e) resultierenden behandelte Schicht.
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Erfindungsgemäß können die
Beschichtungsschritte in den Schritten b), c) und f) des Herstellungsprozesses
erhalten werden durch ein Verfahren, das ausgewählt ist unter Schleudern, Tauchen,
Blasbeschichten und Sprühen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Schritte b)
und c) des Herstellungsprozesses Schleuderbeschichtungsschritte.
Vorteilhafterweise ist Schritt f) Schleuderbeschichtung oder Tauchbeschichtung.
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Erfindungsgemäß kann der
Spülschritt
in Schritt e) des Herstellungsprozesses ein einfacher Schritt des
Spülens
mit Wasser oder Alkohol sein, oder ein Spülschritt, der basische oder
saure Lösung
oder Tensidverbindungen verwendet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Orientieren
der Flüssigkristallschicht
die folgende Photoausrichtungstechnik: eine Orientierungsschicht
wird erhalten durch Bestrahlen eines linear photoorientierbaren
Materials mit photoreaktiven Gruppen mit polarisierter Energie.
Gemäß einer besonderen
Ausgestaltung der Erfindung resultiert die Photoorientierungsschicht
aus dem Schleuderbeschichten des Substrats mit einer Lösung, die
das Photoausrichtungsmaterial vorzugsweise in einer Konzentration
von 0,5 bis 10% und besonders bevorzugt von 1% bis 4% in einem geeigneten
Lösungsmittel
wie etwa zum Beispiel Anisol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Aceton,
Methylethylketon (MEK), MPK, NMP, DMF, DMA, Ethylacetat, Butylacetat,
Dioxan, Diethylenglykoldimethylether, Dichlormethan oder einem Gemisch
davon enthält.
Vorzugsweise ist das linear photoorientierbare Material, das die
Photoorientierungsschicht bildet, ein Acryl- oder Methacrylpolymer
oder Polyimide oder Dendrimere. Vorteilhafterweise hat das photoorientierbare Polymer
Zinksäurederivate,
Chalkone oder Cumarine als photoreaktive Gruppen und kann außerdem (Meth)acrylat-Gerüste aufweisen.
Die Schleudergeschwindigkeit während
des Schleuderbeschichtens beträgt von
400 bis 3.500 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise von 1.500
bis 2.500 Umdrehungen pro Minute. Dann wird die Schicht getrocknet.
Die Trocknungszeit für
die Schicht kann von 1 bis 60 Minuten und vorzugsweise von 3 bis
30 Minuten dauern und ist gewählt
bei einer Temperatur, die die Beseitigung der/des Lösungsmittel(s)
erlaubt. Diese Temperatur liegt üblicherweise
zwischen 50°C
und 130°C.
Es ist auch möglich,
einen Schnellabbindeprozess zum Trocknen der Schicht, vorzugsweise
weniger als 5 Minuten lang und besonders bevorzugt von wenigen Sekunden
bis 2 Minuten lang, zu verwenden, und die Temperatur kann höher als
130°, aber
normalerweise nicht höher
als 200°C
sein. Auf den Trocknungsschritt folgt eine Photopolymerisierung
unter Beibehaltung der Orientierung, üblicherweise durch Belichten der
Schicht mit polarisiertem UV-Licht, mit einer Dosis von vorzugsweise
zwischen 5 und 300 mJ/cm2.
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Erfindungsgemäß wird eine
Schicht, die Flüssigkristalle,
einen oder mehrere Farbstoffe, von denen wenigstens einer dichroitisch
ist, und optional Zusätze
enthält,
auf die Orientierungsschicht aufgetragen. Diese Flüssigkristallschicht
wird aus einer Lösung
von Flüssigkristall-Monomeren
erhalten. Diese Schicht wird auf die Orientierungsschicht aufgetragen
und ist in Kontakt mit der Orientierungsschicht, die die Funktion
hat, der Flüssigkristallschicht
eine Orientierung zu verleihen. Diese Orientierung der Flüssigkristalle
ist fixiert durch die photoorientierbare Schicht selbst oder vorzugsweise
durch eine anschließende
Vernetzung. Diese Vernetzung wird durchgeführt durch Belichtung mit UV-Strahlung.
Gemäß der Erfindung
beträgt
die Intensität
der UV-Lichtquelle von 1 bis 200 mW/cm2 und
vorzugsweise von 2 bis 100 mW/cm2, und die
Dosis des UV-Lichts beträgt von
0,2 J/cm2 bis 30 J/cm2.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung sind die Farbstoffe dichroitische Farbstoffe,
die jeweils unabhängig
unter polymerisierbaren und unpolymerisierbaren dichroitischen Farbstoffen
ausgewählt
werden können;
diese dichroitischen Farbstoffe werden mit der Flüssigkristall-Monomerlösung gemischt
und beim Orientieren parallel zu den Flüssigkristall-Monomeren ausgerichtet.
Diese Ausgestaltung erlaubt den Aufbau von lokal strukturierten
dichroitischen Filtern und dichroitischen Polarisierern. Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die dichroitischen
Farbstoffe polymerisierbar.
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Dichroitische
Farbstoffmoleküle
sind besonders geeignet, wenn sie eine Funktionsgruppe haben, die die
Einbindung des Farbstoffs in das Polymernetzwerk erlauben, zum Beispiel
Farbstoffe mit einer (Meth)acrylat-Kopfgruppe werden vorteilhafterweise
in ein Netzwerk aus Flüssigkristall-Di-(Meth)acrylaten eingebunden.
Bevorzugte dichroitische Farbstoffe gemäß dieser Erfindung haben ein
hohes dichroitisches Verhältnis,
einen hohen Ordnungsparameter, zeigen eine helle Farbe, haben einen
hohen Auslöschungskoeffizienten
und eine gute Löslichkeit.
Diese dichroitischen Farbstoffe können Azofarbstoffe, Perylene,
Anthrachinone, Phenoxaxine sein. Azofarbstoffe sind besonders bevorzugt,
da sie eine ausgezeichnete Kompatibilität mit den Flüssigkristallen
aufweisen, und auch weil das Übergangsmoment
der Azofarbstoffe entlang ihrer langen Molekülachse liegt. Ein anderer Vorteil
der Azofarbstoffe ist, dass sie leicht herzustellen sind.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung umfasst der oben erwähnte Schritt c) die folgenden
Schritte:
- – Zubereiten
einer Flüssigkristalllösung, die
von 1 bis 20 Gewichtsprozent dichroitische Farbstoffe und vorzugsweise
7 bis 15 Gewichtsprozent enthält;
- – Schleuderbeschichten
der in Schritt b) erhaltenen Photoorientierungsschicht mit dieser
Lösung;
- – Trocknen-Härten der
Schicht bei einer Temperatur von 40 bis 120°C für eine Zeit von 2 bis 60 Minuten; und
- – Vernetzen
der Schicht unter Inertatmosphäre
durch Bestrahlung unter einer UV-Lichtquelle, die eine Intensität von 1
bis 200 mW/cm2 und vorzugsweise von 2 bis
100 mW/cm2 hat, mit einer Dosis von 0,2
J/cm2 bis 30 J/cm2.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung resultiert die Flüssigkristallschicht
aus dem Schleuderbeschichten mit einer Lösung, die Flüssigkristall-Moleküle und dichroitische
Farbstoffe in einem zum Solubilisieren sowohl von Flüssigkristallen
als auch von dichroitischen Farbstoffen sowie möglicherweise anderen in dieser
Lösung
vorhandenen Komponenten geeigneten Lösungsmittel enthält. Beispiele
von geeigneten Lösungsmitteln
sind Anisol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Aceton, Methylethylketon
(MEK), MPK, NMP, DMF, DMA, Ethylacetat, Butylacetat, Dioxan, Diethylenglykoldimethylether,
Dichlormethan oder ein Gemisch von diesen. Bevorzugte Lösungsmittel
sind Gemische von Anisol/Aceton oder Anisol/Ethylacetat oder Anisol/Cyclopentanol
in Gewichtsverhältnissen
von 85:15 bis 50:50. Die Menge an Feststoff in dem Lösungsmittel beträgt typischerweise
5 bis 50 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 10 bis 35%. Die Menge
der dichroitischen Farbstoffe, bezogen auf das feste Gemisch aus
Flüssigkristall
und dichroitischen Farbstoffen, beträgt von 1 bis 20 Gewichtsprozent
und vorzugsweise von 7 bis 15 Gewichtsprozent. Die Mengen an Flüssigkristall und
dichroitischen Farbstoffen sind angepasst, um die gewünschte Tönung, Transmissionsrate
und Polarisationseffizienz, die für das fertige Produkt erforderlich
sind, zu erhalten. Das Schleudern kann zum Beispiel bei einer Geschwindigkeit
von 350 bis 3.000 Umdrehungen pro Minute 1 bis 10 Minuten lang stattfinden.
Die Trockungs-Abbindezeit kann 2 bis 60 Minuten bei einer Temperatur
von 40 bis 120°C
betragen.
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Dieser
Trockungs-Härtungsschritt
ermöglicht
die Verdampfung der Lösungsmittel
und perfektioniert die Organisierung des Flüssigkristalls und der dichroitischen
Farbstoffe entlang der in der LPP-Schicht induzierten Verzugsrichtung.
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Nach
dem Trocknungs-Härtungsschritt
wird die Schicht unter Inertatmosphäre durch Bestrahlung mit UV
unter Verwendung einer Intensität
der UV-Lichtquelle von 1 bis 200 mW/cm2 und
vorzugsweise von 2 bis 100 mW/cm2 und einer
Dosis von 0,2 J/cm2 bis 30 J/cm2 vernetzt.
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Diese
Erfindung betrifft auch die Verwendung eines polarisierten und kratzfesten
Artikels gemäß der Erfindung
für die
Herstellung von Brillenerzeugnissen, Zielwerkzeugen, Fensterscheiben,
Windschutzscheiben oder Gläsern,
insbesondere von organischen Gläsern.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung polarisierten
und kratzfesten Arti keln gemäß der Erfindung
für die
Herstellung von Augenlinsen und Okularvisieren.
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Die
folgenden Beispiele betreffen besondere Ausgestaltungen der Erfindung
und sollen nicht als Einschränkung
des Umfangs dieser Erfindung ausgelegt werden.
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Beispiele
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Die
polarisierte Schicht wurde aufgetragen auf eine ORMA®-Linse mit einer zentralen
Dicke von 2 mm.
- 1) Vorbereitung einer linear
photopolymerisierten Schicht Die Oberfläche eines Glases wird aktiviert
durch eine Plasma-Behandlung
unter den folgenden typischen Bedingungen: 3 Minuten bei 600 Watt
Leistung, das Gasmedium ist ein Sauerstoff-Argon-Gemisch (50:50). Eine Lösung mit
2 Gewichtsprozent eines Acrylpolymers mit hängenden Ketten aus Zinksäurederivaten
wird im Methylethylketon vorbereitet. Diese Lösung wird durch Schleuderbeschichtung
auf die aktivierte Oberfläche
aufgebracht. Die Drehgeschwindigkeit beträgt 1 Minute lang 2.000 Umdrehungen
pro Minute. Das Lösungsmittel
wird durch 20-minütiges
Erhitzen auf einer Heizplatte bei 130°C verdampft. Eine Photoausrichtungsschicht
mit 50 nm Dicke wird erhalten. Diese Schicht wird 30 Sekunden lang
unter polarisiertem UV mit einer Dosis von 100 mJ/cm2 bestrahlt.
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2) Herstellung einer Schicht aus Flüssigkristallen
und dichroitischen Farbstoffen.
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Eine
Lösung,
die Flüssigkristallmoleküle und dichroitische
Farbstoffe enthält,
wird in einem Anisol-Aceton-Gemisch (50:50) zubereitet. Der Feststoffgehalt
dieser Lösung
ist typischerweise 40 Gewichtsprozent. Die Menge an polymerisierbaren
dichroitischen Farbstoffen in der Lösung beträgt circa 10 Gewichtsprozent.
Die Photoausrichtungsschicht wird mit dieser Lösung schleuderbeschichtet (Rotation
2 Minuten bei 450 Umdrehungen pro Minute, dann 5 Sekunden bei 2.000
Umdrehungen pro Minute). Die neue Schicht wird circa 10 Minuten
lang bei einer Temperatur von 87°C
getrocknet. Nach Verdampfen der Lösungsmittel wird diese Schicht
durch Bestrahlung mit einer UV-Lichtquelle mit einer Intensität von 5
mW/cm2 und einer Dosis von 5 J/cm2 vernetzt.
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3) Herstellung der kratzfesten Schicht
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a) Kratzfeste Einzelschicht:
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Die
kratzfeste Einzelschicht wird hergestellt nach Beispiel 3 des Patents
EP 0 614 957 B1 .
Diese Schicht enthielt bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung
22% Glycidoxypropylmethyldimethoxysilan, 62% kolloidales Siliciumoxid,
das 30% Feststoffe in Methanol enthält, und 0,70% Aluminiumacetylacetonat
(ein Katalysator), wobei der Rest im Wesentlichen aus Wasser und
herkömmlichen
Lösungsmitteln
bestand. Diese kratzfeste Einzelschicht wurde auf beiden Seiten
der Linse durch Tauchbeschichtung aufgetragen und 3 Stunden lang
bei 100°C
abgebunden. Die Dicke der Schicht ist 3,5 μm.
-
b) Kratzfeste Doppelschicht:
-
Die
kratzfeste Doppelschicht wird mit dem folgenden Schritt hergestellt:
- – erst
wird die Grundierungslatexschicht gemäß dem in Beispiel 1 des US-Patents 5 316 791 beschriebenen
Protokoll unter Verwendung der kommerziell verfügbaren wässrigen Polyurethanlösung W-240
als Substrat erhalten. Diese Überschicht
wird durch Schleuderbeschichtung aufgetragen und dann 4 Minuten bei
85°C abgebunden;
die Dicke der Schicht ist 1 μm;
- – zweitens
ist eine Schicht, auf der abgeschieden wird, wie oben in §3)a) beschrieben
der Grundierungslatex bei den gleichen experimentellen Bedingungen.
-
4) Schraffiertest:
-
Dieser
Test wird verwendet, um die Anhaftung einer Beschichtung/von Beschichtungen
auf Linsen zu bewerten. Er entspricht der Norm NF T 30-038 „Grip Test
for Paint and Varnish Foils".
Die kratzfeste Beschichtung einer Linse wird mit einem Schneidwerkzeug
eingeschnitten, wobei ein Gitter erzeugt wird. Fünf Stücke Klebeband werden nacheinander
auf dem Gitter platziert und dann abgezogen. Die Beurteilung des
Tests erfolgt durch visuelle Inspektion der Rechtecke (gegebenenfalls
mit einer Bogenlampe), und es wird definiert, ob die Beschichtung(en)
auf dem Substrat zurückbleibt/zurückbleiben
oder nicht.
-
5) Ergebnisse
-
Unter
Verwendung der Prozessschritte 1), 2) und 3) sind viele polarisierte
und kratzfeste Artikel hergestellt und unter den im obigen Kapitel
4) beschriebenen Bedingungen getestet worden.
- – Artikel
1 (A1) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben;
• eine
kratzfeste Einzelschicht, wie in dem vorhergehenden Schritt 3)a)
beschrieben;
- – Artikel
2 (A2) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben;
• eine
kratzfeste Doppelschicht wie im vorhergehenden Schritt 3)b) beschrieben.
- – Artikel
3(A3) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben, bei der allerdings die (LCP)-Schicht einen unpolymerisierbaren
dichroitischen Farbstoff enthält;
• eine kratzfeste
Einzelschicht, wie in dem vorhergehenden Schritt 3)a) beschrieben.
- – Artikel
4(A4) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben, bei der allerdings die (LCP)-Schicht einen unpolymerisierbaren
dichroitischen Farbstoff enthält;
• eine kratzfeste
Doppelschicht, wie in dem vorhergehenden Schritt 3)b) beschrieben.
- – Artikel
5(A5) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben, bei der allerdings die (LCP)-Schicht mit einer UV-Lichtquelle
einer Intensität
von 60 mW/cm2 und einer Dosis von 10 J/cm2 bestrahlt und vernetzt ist;
• eine kratzfeste
Einzelschicht wie im vorhergehenden Schritt 3)a) beschrieben.
- – Artikel
6 (A6) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben, bei der allerdings die (LCP)-Schicht unter Verwendung
einer UV-Lichtquelle mit einer Intensität von 60 mW/cm2 und
einer Dosis von 10 J/cm2 bestrahlt und vernetzt
ist;
• eine
kratzfeste Doppelschicht wie im vorhergehenden Schritt 3)b) beschrieben.
- – Artikel
7(A7) umfasste:
• eine
polarisierte Schicht wie in den vorhergehenden Schritten 1) und
2) beschrieben;
• eine
kratzfeste Einzelschicht, die eine von Ultra Optics unter dem Namen
(UV-NV) vertriebene UV-polymerisierbare Einzelschicht ist.
-
Tabelle
(1) zeigt das Ergebnis der Anhaftung der polarisierten Beschichtung
und der kratzfesten Beschichtung auf dem Substrat in Abhängigkeit
vom Typ der verwendeten Behandlung. (+) bedeutet, dass alle Beschichtungsschichten
auf dem Substrat haften, (–)
bedeutet, dass die polarisierte Beschichtung und die kratzfeste
Beschichtung nicht auf dem Substrat haften. Dieses Ergebnis basiert
auf dem Kreuzschraffurtest.
Artikel | chemische
Behandlung | thermische
Behandlung | Korona-Behandlung |
A1 | (–) | (–) | (–) |
A2 | (–) | (–) | (+) |
A3 | (–) | (+) | (–) |
A4 | (–) | (–) | (+) |
A5 | (–) | (–) | (+) |
A6 | (+) | (+) | (+) |
A7 | (+) | nt | nt |
- * chemische Behandlung: sukzessives Tauchen
in die folgende Lösung:
NaOH 5% bei 50°C/Wasser/entionisiertes
Wasser/(optional Isopropylalkohol für kratzfeste Einzelschicht).
Für Artikel
(A7) ist die chemische Behandlung nur ein Schritt des Tauchens in
Wasser.
- * thermische Behandlung: dreistündiges Erhitzen auf 100°C
- * Korona-Behandlung: Verwendung einer Elektrode, in der die
Spannung 2 × 8
KV ist
- * (nt): nicht getestet
-
6. Kratzfestigkeit
-
Die
Kratzfestigkeit wurde mit dem Stahlwolletest festgelegt, der folgendermaßen durchgeführt wird:
Die
Linse wurde mit der beschichteten Oberfläche nach oben mit einem zweiseitigen
Klebeband auf das Ende einer Schwenkstange mit einem Zoll (2,54
Zentimeter) Durchmesser geklebt. Stahlwolle (Graduierung 000) wurde
dann mit einem 5-Pfund-(2,267 Kilogramm)-Gewicht als Hinterdruck
gegen die beschichtete Oberfläche gepresst.
Die Linse wurde dann über
200 Zyklen gegen die Stahlwolle in Oszillation versetzt und die
Trübung wurde
gemessen. Die Trübungsdifferenz
(hinterher minus vorher), wie mit einem Pacific Scientific Hazemeter Modell
XL-211 gemessen,
wird als Stahlwolle-Kratzbeständigkeitswert
angegeben.
-
Alle
Artikel, bei denen die kratzfeste Beschichtung auf dem Artikel haftet,
zeigen unter dem Stahlwolletest ein befriedigendes Ergebnis.