DE2827269A1

DE2827269A1 - Verfahren zur herstellung von brillengestellen oder teilen davon

Info

Publication number: DE2827269A1
Application number: DE19782827269
Authority: DE
Inventors: Ludwig Kamlander
Original assignee: OPTIQUE DU MONDE Ltd
Current assignee: OPTIQUE DU MONDE Ltd
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2418071A1; FR2418071B3; JPS54114571A; IT7824556A0

Description

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Patentanmeldung

Anmelder: OPTIQUE DU MONDE, LTD.

168 Irving Avenue, Port Chester, N.Y. 10573, USA

Titel: Verfahren zur Herstellung von Brillengestellen oder Teilen davon

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Anm.: Optique du Monde..

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von Brillengestellten oder Teilen davon, mit Hilfe eines Epoxygießharzes aus dem Diglycidyläther von Bisphenol A, Isophorondiamin und einem Polypropylenglykoltriamin, das in entsprechende Formen ausgegossen und darin polymerisiert bzw. vernetzt oder ausgehärtet wird. Die auf diese Weise hergestellten Brillengestelle oder Teile davon zeichnen sich durch ausgezeichnete physikalisch-chemische Eigenschaften wie Biegsamkeit und Formbeständigkeit aus. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Brillengestelle werden Polypropylenformen dafür verwendet, die unter Anwendung von Vakuum und Wärme aus einer auf ein Brillenmodell aufgelegten dünnen Polypropylenfolie hergestellt worden ist.

Bekanntlich können billige Brillengestelle aus Celluloseacetat als Massenprodukt durch Gießen in entsprechenden Formen hergestellt werden. Zwar haben solche gießgeformten Brillengestelle offensichtliche Vorteile gegenüber den aus großen Kunststoffkörpern maschinell hergestellten Brillengestellen, die ausgiebig maschinell nachbearbeitet werden müssen. Aus thermoplastischen Kunststoffen wie Celluloseacetat erzeugte Brillengestelle zerkratzen aber leicht oder verformen sich und sind darüberhinaus schwerer als für den Benutzer wünschenswert·

Es wurde bereits versucht Brillengestelle oder Teile davon aus Epoxyharzen herzustellen und dadurch die oben genannten Nachteile zu verhindern. Vor allem wurden spezielle Epoxid-

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Härterkombinationen hierfür untersucht (z.B. AU-PSen 294 und 291 591 und US-PS 3 708 567). Da das Gebiet der Epoxyharze gut bearbeitet und sehr weit ist, gibt es theoretisch eine außerordentlich große Anzahl von möglichen Epoxid-Härterkombinationen, die möglicherweise brauchbar sind zum Gießen von Brillengestellen. Im Gegensatz zu zahlreichen typischen Anwendungen für Epoxyharze (beispielsweise als Klebstoff) muß aber bei der Herstellung von Brillengestellen so vielen Anforderungen hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften entsprochen werden und diese sind so scharf definiert, daß nur eine begrenzte Zahl solcher Epoxid-Härterkombinationen tatsächlich auf diesem Gebiet der Brillengestell-Herstellung Verwendung findet.

Beispielsweise müssen Brillengestelle eine Formbeständigkeit (HDT) aufweisen, die zwar einerseits groß (hoch) genug ist, um die Verformung von Brillengestellen oder Teilen davon unter den häufig relativ hohen Temperaturen, denen sie bei normalem Gebrauch ausgesetzt werden, zu verhindern; andererseits darf die Formbeständigkeit nicht so weit gehen, daß eine vorsätzliche Verformung der Brillengestelle (beispielsweise um die Gläser einzusetzen oder Teile der Brille dem Kopf des Trägers anzupassen) bei vernünftigen Temperaturen nicht mehr möglich ist. Außerdem müssen die Brillengestelle ausreichend biegsam sein, damit sowohl einerseits Verformung möglich ist und andererseits ausreichende Bruchfestigkeit beim Biegen oder bei Schlag und Stoß vorhanden ist. Schließlich müssen die Komponenten des Gießharzgemisches praktisch vollständig reagieren, damit in dem gegossenen Brillengestell keine nichtumgesetz⁺e Komponente mehr vorhanden ist, die durch die Schutzlackschicht, die üblicherweise auf Brillengestellen vorgesehen ist, hindurchdiffundiert und mit der Haut des Benutzers in Berührung kommt. Zwar gibt es Arbeitsweisen, um nicht-umgesetzte Komponenten nach dem Aushärten oder Vernetzen (nach der Polymerisation) zu extrahieren oder auf andere Weise zu entfernen; derartige Zusatzmaßnahmen tragen aber notwendigerweise wesentlich zu den Gestehungskosten der Brillengestelle bei.

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Abgesehen von diesen spezifischen Erfordernissen für Gießharze besteht ein Bedarf an geeigneten Formen, in die solche Gießharze eingegossen werden, unabhängig davon, ob es sich um Epoxyharze, Polyurethanharze, Celluloseacetate oder andere handelt. Die Formen sollten vorzugsweise einfach herzustellen sein und ein präzise geformtes Brillengestell oder Teil davon liefern; zusätzlich sollen sie ausreichende Wärmeleitfähigkeit besitzen, damit die erforderliche Vernetzungsoder Härtetemperatur im Gießharz schnell erreicht wird ohne daß die Form extrem hohen Temperaturen ausgesetzt werden muß.

Ziel der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Gießen von Brillengestellen oder Teilen davon mit erwünschten Eigenschaften ausgehend von Epoxyharzen bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Brillenrahmen und Teilen davon aus Epoxyharzen mit erwünschten Eigenschaften hinsichtlich Biegsamkeit und Formbeständigkeit. Noch ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Formen für das Gießen von Brillengestellen oder Teilen davon unter Verwendung von wärmevernetzbaren oder wärmehärtbaren Gießharzen.

Diese Aufgaben werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gießen von Brillenrahmen oder Teilen davon gelöst. Dieses Verfahren besteht darin, daß man

a) ein flüssiges Gemisch herstellt aus

1. Diglycidyläther von Bisphenol A,

2. Isophorondiamin und

3. einem Polypropylenglykoltriamin mit Molekulargewicht etwa 300 bis 700, das der allgemeinen Formel

^^ CH₂^O-CH₂-CH( CH₃ ) J

CH₃ - C CH₂2f 0-CH₂-CH(CH₃

^" CH₂-^O-CH₂-CH ( CH₃ )_7-_cNH₂

entspricht, in der a, b und c ganze Zahlen von 1 bis 4 sind,

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b) das flüssige Gemisch in eine für Brillengestelle geeignete Hohlform eingießt,

c) das Gemisch erwärmt, um es zu polymerisieren bzw. zu härten oder zu vernetzen und

d) das gehärtete Brillengestell oder Teil davon aus der Form entfernt.

Die erfindungsgemäß aus dem Dreikomponenten-Epoxygießharz hergestellten Brillengestelle und Teile davon zeichnen sich durch äußerst wünschenswerte Eigenschaften hinsichtlich Biegsamkeit und Formbeständigkeit aus. Beispielsweise können halbfertige*Brillengestelle entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens so gegossen werden, daß sie eine Zugfestigkeit von etwa 5,27 kg/mm , eine Biegefestigkeit vonetwa 12,89 kg/mm und eine Stoß- oder Schlagfestigkeit von etwa 60 kg/mm aufweisen.

Erfindungsgemäß wird auch eine Polypropylenform zum Gießen von Brillengestellen oder Teilen davon bereitgestellt. Obwohl einzigartig für das oben beschriebene Epoxygießharz-Verfahren geeignet, können die erfindungsgemäß vorgesehenen Polypropylenformen auch für andere wärmehärtbare Harzmassen, die sich für Brillengestelle eignen, Verwendung finden, beispielsweise für Polyester, Cellulose und Polyurethane.

Zur Herstellung derartiger Polypropylenformen wird ein Modell eines Brillengestells bzw. eines Teiles davon flach auf einem gelochten Träger angeordnet, das Modell mit einer dünnen Polypropylenfolie bedeckt und das System auf eine Temperatur erwärmt, bei der sich die Polypropylenfolie erwärmt und an das Modell dicht anlegt, wenn ein Vakuum angelegt wird, um die Luft in den Zwischenräumen zwischen Modell und Polypropylen zu entfernen. Auf diese Weise erhält man eine sehr genaue und zuverlässige Polypropylen-Negativform des Brillenmodells, in die eine geeignete wärmehärtbare Harzmasse gegossen werden kann.

*(Halbzeug-) ₅ _

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In den erfindungsgemäß vorgesehenen härtbaren Epoxy-Gießharzmassen wird als Epoxid derDiglycidyläther von Bisphenol A eingesetzt, der der folgenden Formel entspricht

O - CHo - CH - CH

Als Härter für das Epoxid werden*Polypropylenglykoltriamin und Isophorondiamin (i
cyclohexan) der Formel

CH

verwendet.

Diese Komponenten sind bekannte, im Handel erhältliche Verbindungen und ihre Herstellung ist allgemein bekannt. Beispielsweise kann Polypropylenglykoltriamin dadurch hergestellt werden, daß man im "Wege einer Aldolkondensation Acetaldehyd mit Formaldehyd zu Trimethyloläthan umsetzt, dieses mit Propylenoxid zur Umsetzung bringt und schließlich mit Ammoniak unter Druck katalytisch reagieren läßt, wobei man dann das gewünschte Triamin erhält.

Zwar sind die Komponenten des erfindungsgemäßen Gießharzes per se bekannt. Jedoch läßt sich nicht vorhersagen, ob sich derartige Gießharze speziell für Brillengestelle oder Teile davon eignen, für die ganz genaue definierte chemische und physikalische Eigenschaften benötigt werden. Beispielsweise sind Brillengestelle hergestellt aus einem Gießharz aus Diglycidyläthern von Bisphenol A und Propylenglykoltriamin

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*das oben beschriebene - 6 -

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viel zu biegsam und weich. Andererseits weisen Brillengestelle, hergestellt aus einem Gießharz aus dem bekannten Epoxid und Isophorondiamin eine Formbeständigkeit über 150⁰C, die viel zu hoch für irgendeine praktische Anwendung liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gießen toon Brillengestellen enthält das flüssige Gießharzgemisch die verschiedenen Komponenten in folgendem Gewichtsverhältnis (bezogen auf 100 Gew.-Teile Epoxid); PoIypropylenglykoltriamin 30 bis 45 Gew.-Teile, Isophorondiamin 2 bis 15 Gew.-Teile.

Das jeweilige Gewichtsverhältnis der erfindungsgemäßen Gießharzmasse kann innerhalb dieses Bereiches variiert werden, wodurch man Brillengestelle mit einer Reihe von etwas unterschiedlichen Eigenschaften erhält. Beispielsweise nimmt mit steigendem Anteil an Isophorondiamin die Formbeständigkeit der Gestelle zu.

Eine besonders bevorzugte Gießharz-Zusammensetzung umfaßt 100 Gew.-Teile Epoxid, 35 Gew.-Teile Polypropylenglykoltriamin und 5 Gew.-Teile Isophorondiamin.

Das Epoxid und die Aminkomponenten werden getrennt voneinander aufbewahrt und vor dem Vermischen entgast, so daß praktisch die gesamte Luft daraus entfernt wird. Zweckmäßigerweise werden die Substanzen in der Weise entgast, daß man auf etwa 120 bis 150⁰C unter Vakuum erhitzt, bis die Gasblasenbildung aufgehärt hat. Hierzu wird allgemein 1/2 bis 1 Stunde benötigt.

Die flüssigen Komponenten werden dann in eine geeignete Mischkammer gespeist und kurze Zeit miteinander verrührt, allgemein während eines Zeitraums von weniger als 1 Minute, beispielsweise 15 s, bevor sie in die Gießform ausgegossen werden. Vorzugsweise werden die Komponenten in der Mischkammer auf etwa 60 bis 65°C erwärmt.

*^auf 909835/0474 _ 7 .

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Das flüssige Gemisch wird dann in eine geeignete Hohlform für Brillengestelle oder Teile davon ausgegossen und auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Epoxygießharz zu polymerisieren bzw. zu härten. Hierzu werden die mit Gießharz gefüllten Formen zweckmäßigerweise in einem Umluft-Ofen etwa 1 Stunde bei 70 bis 9O⁰C gehalten. Zwar läßt sich das Gießharz auch bei Temperaturen über 90⁰C härten, aber diese Temperaturen werden allgemein vermieden, weil die Polymerisationswärme dann nicht ausreichend schnell abgeleitet werden kann, um die gewünschte genaue Temperatursteuerung einzuhalten. Infolgedessen können die Temperaturen dann bis zur Verformungstemperatur der meisten Formen ansteigen und damit die Form nutzlos machen.

Nachdem das gehärtete Gießharz ausreichend abgekühlt ist, beispielsweise auf 40 bis 50°C und das Gestell oder Teil davon dann entformt. Man erhält auf diese Weise ein halbfertiges Erzeugnis, das dann noch fertigbearbeitet wird, beispielsweise poliert, gefärbt oder gelackt, wie dies zur Fertigstellung von Brillengestellen üblich und bekannt ist.

Der oben genannte Bereich für das Gewichtsverhältnis der Komponenten zueinander sichert allgemein einen leichten Überschuß an Amin gegenüber dem Epoxid, um das Farbaufnahmevermögen und das Lackbindungvermögen der daraus hergestellten Brillengestelle oder Teile davon zu verbessern. Es hat sich dabei gezeigt, daß beim Arbeiten innerhalb der genannten Bereiche sichergestellt ist, daß kein Überschuß an nicht umgesetzten Komponenten, beispielsweise Aminhärter in den Brillengestellen nach dem Aushärten und/oder Fertigstellen vorhanden ist. Wie bereits angegeben ist diese Bedingung außerordentlich wichtig, weil andernfalls nicht reagierte Komponenten durch die Lackschutzschicht hindurch diffundieren und mit der Haut in Berührung treten können und möglicherweise zu Allergien oder sonstigen Reizungen führen können.

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Zwar können zum Gießen der Brillengestelle mit Hilfe der erfindungsgemäßen Gießharzmasse beliebige bekannte Hohlformen hierfür Verwendung finden«, Bevorzugt werden jedoch die erfindungsgemäß vorgesehenen Polypropylenformen verwendet.

Bei der Herstellung der Polypropylenformen wird zunächst ein Modell aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt, beispielsweise aus einem Material, das eine Formbeständigkeit bis zu 80⁰C aufweist. Ein geeignetes Material hierfür ist ein Epoxyharz, das durch Aushärten eines Gemisches aus Diglycidyläther von Bisphenol A und dem oben beschriebenen Isophorondiamin-Härter erhalten wird. Dieses Modell ist jedoch nicht vollständig identisch mit dem später fertiggestellten Produkt, da ein Winkel von 3° an seinen vertikalen Kanten vorgesehen sein muß, um das Entfernen der weiter unten beschriebenen Polypropylenform zu erleichtern. Außerdem ist es im allgemeinen nicht notwendig, dieses Modell zu polieren und in der Tat erweist sich eine leicht rauhe Oberfläche als vorteilhaft bei der Herstellung der Polypropylenform.

Das Modell wird flach auf einem gelochten Träger angeordnet, beispielsweise auf einem dünnen (1 mm starken) Stück Sperrholz mit zahlreichen 1 mm weiten Löchern darin. Eine dünne Polypropylenfolie, etwa 0,5 bis 2,0 mm dick, wird flach über das Modell gelegt. Ein Formtrennmittel kann zwar vorher auf die Folie aufgebracht werden, um nachher das Entfernen der Polypropylenform von dem Modell zu erleichtern. Dies ist aber allgemein nicht nötig, weil nach den üblichen Extrusionsprozessen, mit deren Hilfe derartige Folien erzeugt werden, noch genügend Schmier- oder Formtrennmittel an den Folien haften bleibt.

Die Polypropylenfolie wird dann auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie erweicht und sich an das Modell anlegt. Bevorzugt wird der Temperaturbereich von 140 bis I700C und vorzugsweise wird mit einem über der Polypropylenfolie angeordneten IR-Heizelement erwärmt. Wenn die Polypropylenfolie die

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gewünschte Temperatur erreicht hat, wird Vakuum angelegt und zwar von der Unterseite des gelochten Trägers her, um alle Luft aus den Zwischenräumen zwischen Polypropylen und dem Modell zu entfernen. Das Ergebnis ist eine genaue Polypropylen-Negativform des Modells, die nach Abkühlen des ganzen abgenommen werden kann (Vakuum-Tiefzieh-Verfahren).

oben In diese Polypropylenform kann nun das beschriebene Epoxygießharz oder irgend anderes geeignetes wärmehärtbares Material, aus dem sich Brillengestelle und Teile davon herstellen lassen, ausgegossen werden, so lange das Gießharz unterhalb der Erweichungstemperatur der Polypropylenform, die üblicherweise bei etwa 120 C liegt, härtbar ist. Vor dem Einbringen des Gießharzes wird vorzugsweise ein wenig Formtrennmittel auf die Innenseite der Polypropylenform aufgebracht.

Bei dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Gießform ist es wichtig, das Modell und perforierter Träger, bei den Temperaturen und Drucken, wie sie zur Herstellung der Polypropylenform angewandt werden, nicht deformierbar sind. Ein Beispiel für geeigneten Werkstoff für das Modell ist das oben beschriebene Harz aus Epoxid und Isophorondiamin. Bei der Herstellung eines solchen Modells wird ein erstes Modell aus z.B. Holz und eine Matrize davon aus Siliconkautschuk hergestellt. Diese Kautschukform wird dann mit dem Epoxid/Amin Gießharz gefüllt und dieses zu dem Modell gehärtet, das zur Herstellung der Polypropylenform benötigt wird.

Das Verfahren zum Gießen von Brillengestellen oder Teilen davon setzt sich somit aus insgesamt folgenden Stufen zusammen:

a) ein Modell des Brillengestells oder eines Teils davon wird auf einem perforierten Träger angeordnet;

b) das Modell wird mit einer dünnen Polypropylenfolie umhüllt;

c) öas Polypropylen wird auf eine Temperatur im Bereich von etwa 140 bis 170⁰C erwärmt, um es zu verformen;

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d) dann wird ein Vakuum an die Kombination aus Träger, Polypropylen und Modell angelegt, um Luft aus den Zwischenräumen zwischen Polypropylen und Modell zu entfernen, so daß die Anwendung von Wärme und Vakuum zur Bildung einer Polypropylen-Negativform des Modells führt;

e) das Polypropylen-Negativ wird von dem Modell abgenommen, nachdem das Polypropylen zu einer praktisch steifen Form abgekühlt worden ist;

f) ein Formtrennmittel wird auf die Polypropylenform aufgebracht ;

g) die Form wird mit einer flüssigen wärmehärtbaren Gießmasse für Brillengestelle oder Teilen davon gefüllt;

h) das flüssige Gemisch wird auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um die Masse auszuhärten bzw. zu vernetzen und

i) das gehärtete Brillengestell oder Teil davon wird aus der Polypropylenform entnommen. Modell und perforierter Träger bestehen aus Materialien, die bei den zur Bildung der Polypropylenform angewandten Temperaturen und Drucken nicht wärmeverformbar sind und die wärmehärtbare Gießmasse härtet bei einer Temperatur unterhalb derjenigen aus, bei der sich die Polypropylenform im wesentlichen verformt oder erweicht.

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Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Herstellung von Brillengestellen oder iilen davon, dadurch gekennzeichnet , daß man
a) ein flüssiges Gemisch aus

1. dem Diglycidyläther von Bisphenol A,

2. Isophorondiamin und

3. einem Polypropylenglykoltriamin mit Molekulargewicht etwa 300 bis 700 der allgemeinen Formel

₃)7_aNH₂

CH₃-¹C

)7_bNH₂

in der a, b und c ganze Zahlen von 1 bis 4 sind, herstellt,

b) das flüssige Gemisch in eine Form mit den Brillengestellen oder Teilen davon entsprechenden Vertiefungen in gewünschter Ausführungsform gießt,

c) das Gemisch in der Form auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das flüssige Gemisch auszupolymerisieren bzw. zu vernetzen und

d) das gehärtete bzw. vernetzte Brillengestell oder Teile davon n?^h dem Abkühlen entformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Polymerisations- oder Vernetzungstemperatur von maximal 90⁰C, insbesondere von etwa 70 bis etwa 9O⁰C einhält.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man den Diglycidyläther, das Diamin und das Triamin vor der Bildung des flüssigen Gemisches daraus entgast.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man das flüssige Gemisch auf eine Temperatur im Bereich von etwa 60 bis 65⁰C erwärmt, bevor man es in die Form ausgießt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man auf 100 Gew.-Teile Glycidyläther 2 bis 15 Gew.-Teile Isophorondiamin und 30 bis 45 Gew.-Teile Propylenglykoltriamin einsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein flüssiges Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Diglycidyläther, 5 Gew.-Teilen Isophorondiamin und 35 Gew.-Teilen Propylenglykoltriamin einsetzt.

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