Verfahren zur Herstellung eines undurchsichtigen optischen Körpers<B>und</B> nach diesem Verfahren erhaltener optischer Körper. Die vorliegende Erfindung hat ein Ver- i'aliren zur Herstellung eines undurchsichtigen optischen Körpers, wie z. B. Spiegel, Beu gungsgitter usw., und einen nach diesem Ver- i'ahren erhaltenen optischen Körper zum Ge genstand.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist. da- dureii gekennzeichnet, dass man zwischen einen Metallrohling und der der Form der herzustellenden optischen Fläche entsprechen den Fläche einer Glasform einen Film aus einem polymerisierbaren Sirup einführt, wel cher in der Hauptsache aus einer mindestens eine CH- - C < -Gruppe, jedoch keine hydro- philen Gruppen enthaltenden, polyinerisier- baren, flüssigen, organischen Substanz und 1 bis 30 Clewichtsprozent, bezogen auf den Si rup, mindestens einer mit,
der polymerisier- bareu Substanz Miselipolymerisate zu bilden befähigten, ungesättigten Carbonsäure oder deren Anhvdrid besteht, und dass man diesen Sirup unter die Bildung von Blasen vermei denden Bedingungen polymerisiert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht. es, die Oberflächenunregelmässigkeiten zu ver mindern und die Winkel zwischen zwei belie bigen Teilen der Oberfläche eines optischen Körpers genau einzustellen. So kann der Krümmungsradius der als Grundfläche für einen Spiegel zii verwendenden 'Metallober fläche unter -leichzeitiger Beseitigung von -e- ringen Oberflächenunregelmässigkeiten korri giert werden.
Der Sirup enthält vorzugsweise ein oder mehrere gelöste thermoplastische Polymere, die durch Polyinerisation oder Mischpolymerisa- tion einer oder mehrerer die CH, = CI Gruppe enthaltenden'Verbindungen hergestellt werden.
Die Sirupe können auch zusätzliche Substanzen, wie Plastifizierungsmittel, Farb stoffe, anorganische Pigmente oder Füllmittel und Verbindungen, welche die Polymerisa- tionsgeschwindigkeit beeinflussen, das heisst Poly merisationskatalysatoren und die Poly - nierisation hemmende Substanzen enthalten. Diese Sirupe sollen zweckinässigerweise keine ;-elösten Gase enthalten.
Die Glasforen und die Vorrichtungen, wel che gegebenenfalls die Teile der Glasform zu sammenhalten, sind zweekmässigerweise der art beschaffen, dass sie sich unter der Ein wirkung der während der Polymerisation des Sirupfilms eventuell angewendeten Drucke nicht deformieren.
Die Flächen der CTlasform sollten gegen über den idealen Flächen, welche der fertige optische Körper besitzen soll, bei Raumtem peratur keine störenden Abweichungen auf weisen, wobei die unterschiedliche thermische Kontraktion des optischen Körpers bezüglich der Glasform zu berücksichtigen ist, wenn die gefüllte Glasform von der Polymerisations- temperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Anders ausgedrückt, für einen gegebe nen optischen Körper sollte die Abweichung der CTlasformoberfläche von der idealen Ober flächengestalt des genannten Körpers, vergli chen mit den Abweichungen der Oberfläche des Rohlings von der genannten idealen Ober fläche, geringfügig und zu vernachlässigen sein. Um die Unterschiede in der thermischen Kontraktion des optischen Körpers und der Glasform möglichst klein zu gestalten, werden für die Glasform und den metallischen Roh ling bevorzngterweise Materialien mit ähn lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet.
Der Rohling kann nach einer beliebigen, bekannten Methode, beispielsweise durch Gie ssen, Schneiden, Schleifen oder Verformen, hergestellt werden und sollte, bevor er mit tels des erfindungsgemässen Verfahrens mit einem Film überzogen wird, zweckmässiger weise eine glattpolierte Oberfläche aufweisen und praktisch frei von innern Spannungen sein. Irgendein beliebiges Metall kann für die Herstellung des Rohlings verwendet werden.
Metalle, wie Stahl, Gusseisen, Kupfer, Mes sing und Leichtmetall-Legierungen, werden bevorzugt,, da sie sich leicht zu glattpolierten, starren Rohlingen verarbeiten lassen. Es kön nen auch weichere Metalle, beispielsweise Blei, verwendet werden. Die aus weicheren Metal len hergestellten optischen Körper werden je doch infolge mangelnder Formfestigkeit. ver hältnismässig leicht beschädigt.
Die Form- und Oberflächengenauigkeit, welche dem Rohling verliehen werden muss, Lun einen fertigen optischen Körper mit der gewünschten Formgenauigkeit zu erhalten, hängt von den Dichten der Sirupschicht und des aus diesem Sirup erzeugten Polymers ab.
Es wurde gefunden, dass für einen gegebenen optischen Körper diese verlangte Genauig keit durch die folgende Formel definiert ist Bezeichnet V die maximale Abweichung des Rohlings von der idealen Oberfläche des fertigen Körpers bezüglich der zu korrigie renden Dimension und Y die maximale er laubte Abweichung im fertigen optischen Kör- per von der idealen Oberfläche (in gleicher Dimension gemessen),
EMI0002.0020
worin dp = die Dichte des aus dem Sirup er zeugten Polymers und ds = die Dichte des Sirups ist, wobei beide Dichten bei Zimmer temperatur gemessen werden.
Die Anwendung der obigen Beziehung ist im folgenden an Hand eines Beispiels erläu tert. Die spezifische Dichte einer geeigneten Lösung von Polymethylmethacrylat in Me- thylmethaerylat beträgt 1,027.
Die spezifische Dichte des aus dem genannten Sirup erzeugten Polymers beträgt<B>1,189.</B> Wenn man einen Planspiegel herzustellen wünscht, wobei die maximale Abweichung der Oberfläche von der wahrhaft planen Oberfläche nicht grösser als 0,001 mm sein soll, so lässt sich die zulässige maximale Abweichung V der Oberfläche des Rohlings von der wahrhaft planen Form wie folgt berechnen:
EMI0002.0029
Es wird hierauf mittels bekannter physi kalischer oder optischer Methoden ein dem obigen Grenzwert entsprechender Rohling her gestellt oder gewählt. Durch Veränderung der Zusammensetzung des Sirups besteht die Mög lichkeit, den für den Rohling kritischen Wert zu verändern.
Wie dies weiter unten noch er wähnt -wird, spielen bei der Festlegung der Sirupzusammensetzung auch Fragen der Zweckmässigkeit mit.
Der Rohling wird bevorzugterweise derart gestaltet oder ausgewählt, da.ss dessen maxi male lineare Abweichung von der gewünschten Form nicht grösser als 0,025 mm ist.
Als Beispiele polymerisierbarer Verbin dungen, die pro Molekül eine CII., = C < - Gruppe, jedoch keine hydrophilen Gruppen enthalten, sind Styrol und Ester von Acryl säure und substituierten Acrylsäiiren, bei spielsweise Methylmethaerylat, Cyelohexyl- methacrylat, 2,2,2-Trifluoräthylmethacrylat und Ester der a-Fluoracrylsäure mit fluorier- ten Alkoholen zu nennen.
Von diesen Verbin dungen sind Styrol und Methylmethacrylat die bevorzugten. Geeignete, pro Molekül zwei CH, = C < -Gruppen enthaltende Verbindun- gen sind Allylmethacrylat, Diallylfuniarat, Diäthylen-di(allylcarbonat), das heisst jene Verbindung, welche durch Umsetzung von Allylehlorformiat und Diäthylenglykol. erhal ten wird, nämlich CH. = CH . CH,0 . CO . 0 . CH.CHz . 0 . CHXH2,0 . CO . 0 .<B>CH,</B> .
CH = CH-, und Di- (methacrylsäureglykolat) -phthalat, das heisst jene Verbindung, die durch Umset- zung von Phthalsäure, Ä thylenglykol und Methaerylsänre erhalten wird, nämlich
EMI0003.0023
Diese Verbindungen werden jedoch am besten in Mischung mit. einer nur eine CH- = C Gruppe pro Molekül enthaltenden Verbin dung, beispielsweise mit Methylmethaerylat, verwendet.
Die bevorzugten ungesättigten Carbonsäuren sind diejenigen, welche die CII, = C < -Gruppe enthalten, da diese Säu ren leicht zu polymerisieren vermögen. Aus dieser Gruppe werden die Acryl-, Chloracryl- und Methacrylsäuren bevorzugt. Es werden bevorzugterweise etwa 4 bis 121/o dieser Säu ren, bezogen auf das Gewicht des Sirups, ver wendet.
Andere ungesättigte Carbonsäuren oder Anhydride derselben, beispielsweise Malein- oder Fumarsäure, sind ebenfalls ge eignet, als saure Bestandteile der Sirupe ver wendet zu werden, sofern sie mit den poly- merisierbaren Verbindungen in solchen Men gen vermischt werden, dass dabei die Bildung von Mischpolymeren erfolgt.
Es wird vorgezogen, den Sirup in Form eines Films während etwa 30 Minuten zwi schen der Glasform und dem Rohling ruhen zu lassen, bevor er polymerisierenden Bedin- rurigen unterworfen wird. Dadurch wird er reicht., dass der Sirupfilm sieh gleichmässig zwischen der Glasform und dem Rohling ver teilt und dass nach der Polymerisation der polymerisierte, plastische Film fest auf dem metallischen Rohling haftet.
Es ist vorzuziehen, den mittels des erfin dungsgemässen Verfahrens hergestellten opti schen Körper von der Glasform in der Weise zu trennen, dass dabei die Oberflächen dersel- ben in ein Wasserbad eingetaucht werden, welches mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 C pro Minute abgekühlt wird. Es hat. sieh ferner als zweckmässig erwiesen, vor der Giess operation die Innenfläche der Glasform mit einem sehr dünnen Film eines Schmiermittels, beispielsweise von Cetyltrimet.hylenamrnoniuni- bromid oder Äthylpalmitat, zu versehen, um die Abtrennung des fertigen optischen Kör pers von der Glasform zu erleichtern.
Dieser Film wird bevorzugterweise durch Bestreichen der Oberfläche mit dem Schmiermittel und durch sorgfältiges Glattstreichen der Oberflä che hergestellt. Auf diese Weise entsteht ein Film von einer Dicke von nur wenigen 11Tole- külen. wobei die optische Genauigkeit des op tischen Körpers nicht beeinträchtigt wird.
Bei der Ausführung des erfindungsgemä ssen Verfahrens müssen verschiedene Vor sichtsmassregeln getroffen werden, um befrie digende Resultate erzielen zu können.
Die infolge des Siedens monomerer Be standteile und des Freiwerdens gelöster Gase oder infolge des vor der Polymerisation erfol genden Einschlusses von Luftblasen im Film im Verlauf der Polymerisation im Sirup film normalerweise eintretende Blasenbildung wirkt sieh im erzeugten optischen Körper schädigend aus. Der Sirup sollte deshalb bevorzugterweise einer Vakuumbehandlung unterworfen werden, beispielsweise indem er während einer Stunde in einem Zy linder, dessen Höhe nicht grösser als des sen Durchmesser ist, einem Vakuum von weniger als 10 cm Hg-Druck ausgesetzt wird.
Der Sirup sollte ferner bevorzugterweise eine Viskosität von weniger als 700 Poisen bei 200 C aufweisen, da er sonst nicht richtig fliesst und die Neigung hat, Luftblasen einzuschliessen. Die Bildung von Blasen im polymerisierten Film kann auch so verhindert werden, dass man während der Giessoperation Druck auf die Glasform wirken lässt. Dieser Druck sollte je doch bevorzugterweise praktisch gleichmässig über die ganze Glasform verteilt sein. Geeig- tttete Drucke können izl einem Druckgefäss, bei spielsweise in einem Autoklaven, erzeugt wer den.
Die infolge des Siedens monomerer Be standteile des Sirups eintretende Blasenbil dung wird auf ein Minimum herunterge drückt, wenn die Polymerisation in Gegen wart einer nur kleinen Menge Polymerisa- tionskatalysator und bei tiefer Temperatur durchgeführt wird, beispielsweise durch Akti- vierung der Polymerisation mittels Lichtstrah len.
Falls jedoch die Polymerisation mit Hitze allein, in Gegenwart oder Abwesenheit eines Katalysators, durchgeführt wird, ist das Ar beiten bei Temperaturen von weniger als 400 C, infolge der geringen Polymerisatiöns- geschwindigkeit, im allgemeinen unwirtschaft lich. In dem Mass, wie der Sirupfilm polymeri siert und sich zusammenzieht, nimmt das Be streben des Films, an den Rändern Luft anzu saugen, zu.
Dies kann dadurch vermieden wer den, dass die Flächen der Glasform grösser gemacht werden als diejenigen des Rohlings, damit rund um den Rand des Films eine Si rupreserve aufgespeichert werden kann, so dass der Film im Verlauf der Polymerisation Sirup statt Luft ansaugt.
Es wurde gefunden, dass die zur Form fläche der Glasform senkrechte, im Verlaufe der Polymerisation einsetzende Kontraktion des Films, sofern diese beträchtlich ist, ge gebenenfalls nicht gleichmässig ist und des halb die Bildung von fehlerhaften Stellen am optischen Körper verursachen kann. Die Entstehung dieser Kontraktionsspuren kann jedoch verhindert werden, indem die Poly- merisation unter Druck ausgeführt oder mit einem eine grosse Menge polymeres Material enthaltenden Sirup gearbeitet wird.
Durch Kombinierung dieser Vorsichtsmassregeln kann die Bildung solcher Kontraktionsspu- ren im allgemeinen mit gutem Erfolg ver hindert werden. Falls bei atmosphärischem Druck mit einem Sirup, der in Methyl- methacrylat und Methacrylsäure gelöstes Poly- methylmethacrylat enthält, gearbeitet wird,
sollte der Sirup mindestens 35 % des Polymers enthalten.
Es wurde beobachtet, dass Filme aus Poly styrol, die aus einem weniger als 40 Gewichts prozent Polymer enthaltenden Sirup herge stellt werden, die Neigung haben, beim Altern zu springen, weshalb dieser Poly-mergehalt be- vorzugterweise überschritten werden sollte.
Der das Polymer enthaltende Sirup kann so hergestellt werden, dass ein Polymer in den verwendeten Monomeren gelöst wird und/oder die Monomere erhitzt und/oder die Monomere der Wirkung des Lichtes ausgesetzt werden, bis die gewünschte Menge Polymer in situ ent standen ist. Im allgemeinen ist es erwünscht, dass der Sirup ein Polymer von niedrigem Molekulargewicht enthält, so dass die Konzen tration an Polymer ziemlich hoch sein kann, ohne dass dabei ein Sirup von mz hoher Vis kosität entsteht.
So liegt beispielsweise der be vorzugte Molekulargewichtsbereich zwischen 5000 und 25 000, falls Polymethylmethacrylat \,erwendet wird. Solche Polymere mit niedri gem Molelulargewicht können auf verschie dene Arten erhalten werden, beispielsweise durch Erhitzen von Polymeren von höherem Molelulargewicht, vorzugsweise bei gleichzei- tigerKnetbehandlung auf heissen Walzen, oder durch Polymerisation des entsprechenden Monomers in Gegenwart von grossen Mengen eines Katalysators, wie z.
B. Benzoylperoxyd, oder in Gegenwart einer kettenartig abge schlossenen Verbindung, wie z. B. Terpentin. Sirupe von in Monomeren gelösten niedrig molekularen Polymeren können ferner, sofern sie etwa 0,51/o eines Katalysators enthalten, durch teilweise Polymerisation von Methyl- methacrylat mittels Licht, gewünschtenfalls bei erhöhter Temperatur, hergestellt werden.
Die gemäss der vorliegenden Erfindung verwendeten Sirupe sollten vorzugsweise einen Polyinerisationskatalysator enthalten, bei spielsweise Benzoylperoyyd oder Laurylper- oxyd, sofern die Polyinerisation thermiseh er folgt, und Benzoin oder Diacetyl, sofern die Polt' inerisation mittels Liebt aktiviert werden soll.
Allgemein gesprochen, werden mit bis zu 2% eines Katalysators für die Polymerisation durch Wärme und mit bis zu 0,61/o eines Ka- talysators für die durch Licht. aktivierte Poly- inerisation befriedigende Resultate erzielt, grössere oder kleinere Mengen jedoch können gegebenenfalls zweckmässiger sein.
Falls ein Katalysator für die Polymerisa- tion durch Wärme verwendet wird, müssen einige einfache Probeexperimente durchge führt werden, um die optimalen Bedingungen für die Polymerisation des Sirupfilms festzu stellen. Wenn auch befriedigende Resultate bei tiefen Temperaturen erzielt werden kön nen, ist es doch erwünscht, die maximale Tem peratur herauszufinden, bei welcher die Poly- merisation in einem Minimum an Zeit und deshalb am wirtsehaftlichsten durchgeführt werden kann.
Man sollte dafür Sorge tragen. dass jähe Temperatursteigerungen, die eine Deformation des Rohlings, der Glasform und der die Glasform haltenden Klemmvorriehtun- gen bewirken können, vermieden werden.
Die für normale Zwecke hinreichende Polymeri- sation wird als beendet betrachtet, wenn der Film mindestens 95% Polymer enthält. Das Erhitzen während zu langer Zeit sollte ver mieden werden, da sich sonst der optische Körper in der Hitze eventuell von der Glas form loslöst, was die Entstehung von Ober- fläehenfehlern zur Folge haben kann.
Es hat. sieh gezeigt, dass ein Filin von weni ger als 0,63 111111 Dicke aus einem Sirup, der 35 Gewichtsprozent Polymethylaerylat, 4 bis 12 Gewiehtsprozent i#letliacrylsäure und 2 Ge wichtsprozent Benzoylperoxyd in lletliyl- inetliacrylat gelöst enthält, in einer Stunde bei 80 0,211 C in befriedigender Weise poly merisiert, sofern bei Atmosphärendruck ge arbeitet wird.
In ähnlicher \'eise polymeri siert ein Film von 0,63 mm Dicke aus einem Sirup, der 40 Gewichtsprozent Polystyrol, 4 bis 7% Methaerylsäure und 2 Gewichtspro- zent Benzoy lperoxyd in Styrol gelöst enthält, in befriedigender "'eise in anderthalb Stunden bei 80 0,20 C, sofern die Polymerisation in einem Druckgefäss, in welchem ein Überdruck von 1,05 kg/ciri2 herrscht, durchgeführt wird.
Eine zweckmässige Methode zur Ausfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens be steht darin, dass auf die CTlasformoberfläche ein Tropfen des Sirups aufgetragen und die zu überziehende Oberfläche des Rohlings der art über dieseln Tropfen angeordnet wird, dass der Tropfen z*-isehen der Glasform und dem Rohling einen Film bildet und dass hierauf die Glasform und der Rohling mittels einer Klemmvorrichtung während mindestens 15 und vorzugsweise während etwa 30 Minuten in dieser Lage festgehalten werden, bevor der Sirup mittels Hitze oder Licht polymerisiert. wird. Man muss dafür Sorge tragen, dass bei der Bildung des Films keine Luftblasen ein geschlossen werden.
Die erfindungsgemäss hergestellten opti schen Körper eignen sieh besonders für die Herstellung von Spiegeln. Die mit dem poly merisierten Film überzogene Oberfläche des Rohlings kann nach irgendeinem bekannten Verfahren mit einer dünnen Metallschicht be deckt werden. Dieses Verfahren zum Auftra gen eines Metalles sollte bevorzugterweise der art ausgeführt werden, dass ein erhitzter Me tallfaden in Richtung der zit bedeckenden Oberfläche verdampft wird, und zwar in einer Hochvakuumkaminer. Auf diese Weise können Spiegel, die eine sehr genau geformte Re flexionsoberfläche aufweisen, billig hergestellt werden.
Im folgenden Beispiel, in welchem alle Teile Gewiehtsteile sind, ist eine praktische Durehfüllrung des erfindungsgemässen Ver fahrens genauer beschrieben.
Beispiel.: Zur Herstellung eines flachen Spiegels mit einer optisch genauen Oberfläche werden fol gende Mittel benötigt: (c) ein metallischer Rohling aus Messing eines Durchmessers von 51 mm und einer Dicke von 6,3 mm, dessen Oberfläche mit Schmirgel glattgeschliffen ist;
b) eine aus einem optisch flachgeschliffe nen und polierten Blatt aus Spiegelglas be stehenden Glasform mit einem Durchmesser von 73 mm und einer Dicke- von 6,3 mm und c) ein aus folgenden Bestandteilen zusam mengesetzter Sirup Polyinethylmethäcrylat 35 % Benzoylperoxyd 20/0 Methacrylsäure 10/0 Methylmethacrylat 62% Ein Tropfen des Sirups wird im Zentrum auf die Glasplatte aufgetragen und der Roh ling auf diesen Tropfen gesenkt, so dass sich zwischen dem Glas und der geschliffenen Me talloberfläche ein Sirupfilm bildet.,
der sich auf dem Glas etwas über den Unifang des Rohlings hinaus ausbreitet.
Der Film wird auf das Vorhandensein von Luftblasen untersucht und, sofern keine sol chen festzustellen sind, werden Glasplatte und Rohling während einer halben Stunde an der Luft stehengelassen, worauf der Film poly merisiert wird, indem man die Glasplatte mit dem daraufliegenden Rohling während einer Stunde bei 800 C in einem Ofen mit. strömen der Luft ruhen lässt. Die Messingplatte und die Glasplatte werden hierauf in ein Wasser bad von 800 C eingetaucht und im Verlauf von 10 Minuten langsam auf 600 C abgekühlt.
Die Glasplatte löst sich leicht von der mit dem polymerisierten Film überzogenen Ober fläche des Rohlings ab, wobei auf der Ober fläche des Rohlings ein dünner, ebener, fest haftender Film aus Methylmethacrylatpoly- mer zurückbleibt. Diese Oberfläche wird hier auf mit einem stark reflektierenden Metall film versehen, indem das Metall iri einer Hoch vakuumkammer aus einem erhitzten Metall faden in Richtung der genannten Oberfläche verdampft wird.
Durch Wahl oder Herstellung eines Roh lings, welcher der oben angegebenen Formel entspricht, können optische Körper mit der gewünschten optischen Genauigkeit mittels dieses Verfahrens in zuverlässiger und wirt schaftlicher Weise hergestellt werden.
Process for the production of an opaque optical body and optical bodies obtained by this process. The present invention has a ver i'aliren for the production of an opaque optical body, such as. B. mirrors, diffraction grating, etc., and an optical body obtained according to this method for the subject.
The inventive method is. da- dureii that a film of a polymerizable syrup is inserted between a metal blank and the shape of the optical surface to be produced corresponding to the surface of a glass mold, which mainly consists of at least one CH- - C <group, but none polymerizable, liquid, organic substance containing hydrophilic groups and 1 to 30 weight percent, based on the Si rup, at least one with,
the polymerisable substance miseli polymerisate is capable of forming unsaturated carboxylic acid or its anhydride, and that this syrup is polymerised under conditions which avoid the formation of bubbles.
The present invention enables. it is to reduce the surface irregularities and to adjust the angle between any two parts of the surface of an optical body. Thus, the radius of curvature of the metal surface used as a base for a mirror zii can be corrected while at the same time eliminating minor surface irregularities.
The syrup preferably contains one or more dissolved thermoplastic polymers which are produced by polymerization or interpolymerization of one or more compounds containing the CH = CI group.
The syrups can also contain additional substances, such as plasticizers, dyes, inorganic pigments or fillers and compounds which influence the rate of polymerisation, that is to say polymerisation catalysts and substances which inhibit polymerisation. These syrups should expediently not contain any dissolved gases.
The glass forums and the devices which hold the parts of the glass mold together, if necessary, are designed in such a way that they do not deform under the effects of any pressure applied during the polymerization of the syrup film.
The surfaces of the C glass mold should not have any disruptive deviations at room temperature compared to the ideal surfaces that the finished optical body should have, whereby the different thermal contraction of the optical body with respect to the glass shape must be taken into account when the filled glass mold is from polymerization - temperature is cooled down to room temperature.
In other words, for a given optical body, the deviation of the C-shaped glass surface from the ideal surface shape of said body, compared to the deviations of the surface of the blank from said ideal surface, should be insignificant and negligible. In order to make the differences in the thermal contraction of the optical body and the glass shape as small as possible, materials with similar coefficients of thermal expansion are preferably used for the glass shape and the metallic raw material.
The blank can be produced by any known method, for example by casting, cutting, grinding or shaping and, before it is coated with a film by means of the method according to the invention, it should expediently have a smoothly polished surface and practically free from the inside Be tensions. Any metal can be used to make the blank.
Metals such as steel, cast iron, copper, brass and light metal alloys are preferred because they can be easily processed into smooth, rigid blanks. Softer metals such as lead can also be used. The optical bodies made of softer metal len are ever due to a lack of dimensional stability. relatively slightly damaged.
The shape and surface accuracy which must be imparted to the blank in order to obtain a finished optical body with the desired shape accuracy depends on the densities of the syrup layer and the polymer produced from this syrup.
It was found that, for a given optical body, this required accuracy is defined by the following formula: V denotes the maximum deviation of the blank from the ideal surface of the finished body with regard to the dimension to be corrected and Y the maximum permitted deviation in the finished optical Body from the ideal surface (measured in the same dimension),
EMI0002.0020
where dp = the density of the polymer produced from the syrup and ds = the density of the syrup, both densities being measured at room temperature.
The application of the above relationship is tert erläu below using an example. The specific density of a suitable solution of polymethyl methacrylate in methyl methacrylate is 1.027.
The specific density of the polymer produced from said syrup is <B> 1.189. </B> If one wishes to produce a plane mirror, the maximum deviation of the surface from the truly plane surface should not be greater than 0.001 mm Calculate the maximum permissible deviation V of the surface of the blank from the truly flat shape as follows:
EMI0002.0029
A blank corresponding to the above limit value is then made or selected using known physical or optical methods. By changing the composition of the syrup there is the possibility of changing the critical value for the blank.
As will be mentioned below, questions of expediency also play a role in determining the syrup composition.
The blank is preferably designed or selected in such a way that its maximum linear deviation from the desired shape is not greater than 0.025 mm.
Examples of polymerizable compounds which contain a CII. = C <group per molecule but no hydrophilic groups are styrene and esters of acrylic acid and substituted acrylic acids, for example methyl methacrylate, cyelohexyl methacrylate, 2,2,2- Trifluoroethyl methacrylate and esters of α-fluoroacrylic acid with fluorinated alcohols should be mentioned.
Of these compounds, styrene and methyl methacrylate are preferred. Suitable compounds containing two CH, = C <groups per molecule are allyl methacrylate, diallyl funnate, diethylene di (allyl carbonate), that is to say that compound which is produced by the reaction of allyle chloroformate and diethylene glycol. is obtained, namely CH. = CH. CH, 0. CO. 0. CH.CHz. 0. CHXH2.0. CO. 0. <B> CH, </B>.
CH = CH- and di- (methacrylic acid glycolate) phthalate, that is to say that compound which is obtained by reacting phthalic acid, ethylene glycol and methaeryl acid, namely
EMI0003.0023
However, these compounds are best mixed with. a compound containing only one CH- = C group per molecule, for example with methyl methacrylate, is used.
The preferred unsaturated carboxylic acids are those which contain the CII, = C <group, since these acids are able to polymerize easily. From this group, the acrylic, chloroacrylic and methacrylic acids are preferred. Preferably about 4 to 121 / o of these acids, based on the weight of the syrup, are used.
Other unsaturated carboxylic acids or anhydrides thereof, for example maleic or fumaric acid, are also suitable to be used as acidic constituents of the syrups, provided that they are mixed with the polymerizable compounds in such amounts that the formation of copolymers takes place .
It is preferred to allow the syrup in the form of a film to sit between the glass mold and the blank for about 30 minutes before subjecting it to polymerizing conditions. This ensures that the syrup film is evenly distributed between the glass mold and the blank and that the polymerized, plastic film adheres firmly to the metallic blank after the polymerization.
It is preferable to separate the optical body produced by means of the method according to the invention from the glass form in such a way that the surfaces of the same are immersed in a water bath which is cooled at a rate of about 30 ° C. per minute. It has. See also proven to be useful to provide the inner surface of the glass mold with a very thin film of a lubricant, for example of Cetyltrimet.hylenamrnoniuni- bromid or ethyl palmitate, to facilitate the separation of the finished optical body from the glass mold before the casting operation.
This film is preferably produced by coating the surface with the lubricant and carefully smoothing the surface. In this way, a film is created that is only a few molecules thick. the optical accuracy of the optical body is not affected.
When carrying out the method according to the invention, various precautionary measures must be taken in order to be able to achieve satisfactory results.
The bubble formation normally occurring as a result of the boiling of monomeric components and the release of dissolved gases or as a result of the inclusion of air bubbles in the film in the course of the polymerization in the syrup film, which occurs before the polymerization, has a damaging effect on the optical body produced. The syrup should therefore preferably be subjected to a vacuum treatment, for example by subjecting it to a vacuum of less than 10 cm Hg pressure for one hour in a cylinder whose height is not greater than its diameter.
The syrup should also preferably have a viscosity of less than 700 poises at 200 ° C., otherwise it will not flow properly and will tend to trap air bubbles. The formation of bubbles in the polymerized film can also be prevented by applying pressure to the glass mold during the casting operation. However, this pressure should preferably be distributed practically evenly over the entire glass shape. Appropriate prints can be generated in a pressure vessel, for example in an autoclave.
The bubble formation that occurs as a result of the boiling of monomeric components of the syrup is suppressed to a minimum if the polymerisation is carried out in the presence of only a small amount of polymerisation catalyst and at low temperature, for example by activating the polymerisation by means of light beams.
However, if the polymerization is carried out with heat alone, in the presence or absence of a catalyst, working at temperatures below 400 ° C. is generally uneconomical because of the low polymerization rate. To the extent that the syrup film polymerizes and contracts, the tendency of the film to suck in air at the edges increases.
This can be avoided by making the surfaces of the glass mold larger than those of the blank, so that a Si rupreserve can be stored around the edge of the film so that the film sucks in syrup instead of air during the course of the polymerization.
It has been found that the contraction of the film which is perpendicular to the shape of the glass mold and which begins in the course of the polymerization, if it is considerable, is possibly not uniform and can therefore cause the formation of defective areas on the optical body. The formation of these traces of contraction can, however, be prevented by carrying out the polymerization under pressure or by working with a syrup containing a large amount of polymeric material.
By combining these precautionary measures, the formation of such contraction traces can generally be prevented with good success. If a syrup containing polymethyl methacrylate dissolved in methyl methacrylate and methacrylic acid is used at atmospheric pressure,
the syrup should contain at least 35% of the polymer.
It has been observed that films made of polystyrene which are produced from a syrup containing less than 40 percent by weight of polymer have the tendency to crack when aging, which is why this polymer content should preferably be exceeded.
The syrup containing the polymer can be prepared in such a way that a polymer is dissolved in the monomers used and / or the monomers are heated and / or the monomers are exposed to the action of light until the desired amount of polymer is formed in situ. In general, it is desirable that the syrup contain a low molecular weight polymer so that the concentration of the polymer can be quite high without producing a high viscosity syrup.
For example, the preferred molecular weight range is between 5,000 and 25,000 if polymethyl methacrylate is used. Such polymers with niedri gem molecular weight can be obtained in different ways, for example by heating polymers of higher molecular weight, preferably with simultaneous kneading treatment on hot rolls, or by polymerizing the corresponding monomer in the presence of large amounts of a catalyst, such as.
B. Benzoyl peroxide, or in the presence of a chain-like abge closed compound such. B. Turpentine. Syrups of low molecular weight polymers dissolved in monomers can furthermore, if they contain about 0.51 / o of a catalyst, be prepared by partial polymerization of methyl methacrylate by means of light, if desired at elevated temperature.
The syrups used according to the present invention should preferably contain a polymerization catalyst, for example benzoyl peroxide or lauryl peroxide, if the polymerization takes place thermally, and benzoin or diacetyl, if the polymerization is to be activated by means of love.
Generally speaking, up to 2% of a catalyst is used for polymerization by heat and up to 0.61 / o of a catalyst is used for polymerization by light. activated polymerization achieves satisfactory results, but larger or smaller amounts may be more expedient.
If a catalyst is used for thermal polymerization, a few simple trial experiments must be carried out to determine the optimal conditions for the polymerization of the syrup film. Even if satisfactory results can be achieved at low temperatures, it is nevertheless desirable to find out the maximum temperature at which the polymerization can be carried out in a minimum of time and therefore most economically.
One should take care of it. that sudden increases in temperature, which can cause deformation of the blank, the glass shape and the clamping devices holding the glass shape, are avoided.
Polymerization, which is sufficient for normal purposes, is considered complete when the film contains at least 95% polymer. Heating for too long should be avoided, as otherwise the optical body may detach itself from the glass form in the heat, which can result in surface defects.
It has. see that a filin less than 0.63 111111 thick made from a syrup containing 35 percent by weight of polymethyl acrylate, 4 to 12 percent by weight of i # liacrylic acid and 2% by weight of benzoyl peroxide dissolved in lletliyl ethyl diacrylate in one hour at 80 0.211 ° C. polymerized in a satisfactory manner, provided that it is operated at atmospheric pressure.
In a similar way, a film 0.63 mm thick from a syrup containing 40 percent by weight of polystyrene, 4 to 7 percent by weight of methaerylic acid and 2 percent by weight of benzyl peroxide dissolved in styrene polymerizes more satisfactorily in an hour and a half 80 0.20 C, provided the polymerization is carried out in a pressure vessel in which there is an overpressure of 1.05 kg / ciri2.
An expedient method for executing the method according to the invention is that a drop of the syrup is applied to the surface of the glass mold and the surface of the blank to be coated is arranged over these drops in such a way that the drop is one of the glass mold and the blank Film forms and that thereupon the glass mold and the blank are held in this position by means of a clamping device for at least 15 and preferably for about 30 minutes before the syrup polymerizes by means of heat or light. becomes. Care must be taken to ensure that no air bubbles are trapped in the formation of the film.
The optical bodies produced according to the invention are particularly suitable for the production of mirrors. The surface of the blank coated with the polymerized film can be covered with a thin metal layer by any known method. This method for applying a metal should preferably be carried out in such a way that a heated metal thread is evaporated in the direction of the surface covering the surface, namely in a high vacuum chamber. In this way, mirrors that have a very precisely shaped reflection surface can be manufactured cheaply.
In the following example, in which all parts are weight parts, a practical implementation of the inventive method is described in more detail.
Example .: To produce a flat mirror with an optically precise surface, the following means are required: (c) a metallic blank made of brass with a diameter of 51 mm and a thickness of 6.3 mm, the surface of which is sanded smooth with emery;
b) a glass form made of an optically flat-cut and polished sheet of mirror glass with a diameter of 73 mm and a thickness of 6.3 mm and c) a syrup made up of the following components: polyethyl methacrylate 35% benzoyl peroxide 20/0 methacrylic acid 10 / 0 methyl methacrylate 62% A drop of the syrup is applied to the center of the glass plate and the blank is lowered onto this drop so that a syrup film is formed between the glass and the polished metal surface.,
which spreads on the glass a little beyond the unifang of the blank.
The film is examined for the presence of air bubbles and, if none are found, the glass plate and blank are left to stand in the air for half an hour, after which the film is polymerized by placing the glass plate with the blank on it for one hour 800 C in an oven with. flow the air lets rest. The brass plate and the glass plate are then immersed in a water bath at 800 C and slowly cooled to 600 C in the course of 10 minutes.
The glass plate easily separates from the surface of the blank that is coated with the polymerized film, leaving a thin, flat, firmly adhering film of methyl methacrylate polymer on the surface of the blank. This surface is provided here with a highly reflective metal film by evaporating the metal in a high vacuum chamber from a heated metal filament in the direction of the surface mentioned.
By choosing or producing a raw ling which corresponds to the formula given above, optical bodies can be produced reliably and economically with the desired optical accuracy using this method.