DE3854226T2

DE3854226T2 - Optisches Material.

Info

Publication number: DE3854226T2
Application number: DE3854226T
Authority: DE
Inventors: Teruo Sakagami; Nobuhiro No Watanabe
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2008-11-30
Also published as: EP0319829B1; JPH0258511A; DE3854226D1; US4959431A; EP0319829A3; EP0319829A2; JPH0643467B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Material. Die Erfindung betrifft insbesondere ein optisches Material, das vorzügliche praktische Eigenschaften aufweist, von denen typische die ausgezeichnete Färbbarkeit und ein hoher Brechungsindex sind.
Anorganisches Glas wurde bisher in großem Umfang als optisches Material für optische Teile oder Bauteile verschiedener Präzisionsvorrichtungen und -instrumente, für Linsen für Fotoapparate, für Linsen für Brillen und für Sonnenschutz-Gläser (bzw. Sonnenschutz- Brillen) verwendet. In den jüngst zurückliegenden Jahren sind jedoch auch aus Kunststoffen aufgebaute optische Materialien als Ersatz für anorganisches Glas im Hinblick auf eine Verringerung des Gewichts in Gebrauch gekommen.
Zusätzlich zu dem Vorzug ihres leichten Gewichts haben aus Kunststoffen hergestellte optische Materialien eine weitere attraktive Eigenschaft insofern, als sie im Unterschied zu anorganischem Glas selbst nach dem Zeitpunkt ihres Formens oder Herstellens gefärbt werden können. Diese Färbbarkeit ist wichtig insbesondere im Fall von Linsen für Brillen.
Als Kunststoffe, die bisher häufig als aus Kunststoffen hergestellte optische Materialien verwendet wurden, sind Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polycarbonate und Polydiethylenglykolbisallylcarbonat bekannt.
Polystyrol erlaubt jedoch ein Färben mit einem in Wasser dispergierbaren Farbstoff nach dem Formen oder Herstellen keineswegs. In einigen Beispielen kann bloßer Kontakt mit einem organischen Lösungsmittel zu einem schädlichen Angriff auf seine Oberfläche führen, so daß darauf Risse gebildet werden. Außerdem ist Polystyrol im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit unzureichend. Als optisches Material ist es daher ein Material mit geringer praktischer Brauchbarkeit.
Andererseits sind Polymethylmethacrylat und Polycarbonate mit einem in Wasser dispergierbaren Farbstoff selbst nach dem Zeitpunkt ihres Formens oder Herstellens färbbar.
Diese Materialien bringen jedoch Probleme insofern mit sich, als zusätzlich zu der Tatsache, daß sie für einen Angriff durch ein organisches Lösungsmittel empfänglich sind, Polymethylmethacrylat keine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweist, während Polycarbonate eine große optische Spannung haben. Daher unterliegt der Gebrauch dieser Materialien als optische Materialien einer signifikanten Beschränkung.
Obwohl Polydiethylenglykolbisallylcarbonat nicht im Rahmen eines Spritzgießverfahrens verarbeitbar ist, kann es allgemein als bevorzugtes Material insofern angesehen werden, als es eine mit einem ausreichend hohen Grad vernetzte Struktur aufweist, mit guter Wärmebeständigkeit ausgestattet ist, eine Lösungsmittelbeständigkeit aufweist, die ausreichend groß ist, um üblichen organischen Lösungsmitteln standzuhalten, und darüber hinaus färbbar ist. Dieses optische Material unterliegt jedoch einem Nachteil insoweit, als sein Brechungsindex einen niedrigen Wert von 1,49 aufweist (nd = 1,49). Wenn mit diesem Material eine Linse für eine Brille hergestellt werden sollte, wird die Dicke der Linse signifikant höher, verglichen mit der Dicke, die bei einem Material erforderlich ist, das einen hohen Brechungsindex aufweist. Praktisch geht der Vorteil des geringen Gewichts des Materials verloren.
Unter diesen Umständen wurden Versuche gemacht, den Brechungsindex von Polydiethylenglykolbisallylcarbonat zu erhöhen, während man seine vorteilhaften Eigenschaften beibehält. Insbesondere werden derzeit Untersuchungen angestellt bezüglich einer Copolymerisation von Diethylenglykolbisallylcarbonat mit einem Monomer mit hohem Brechungsindex.
Die im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbaren funktionellen Gruppen von Diethylenglykolbisallylcarbonat sind jedoch Allyl-Gruppen, die im Rahmen einer Radikalpolymerisation eine geringere Polymerisierbarkeit aufweisen, verglichen mit polymerisierbaren Gruppen vieler Monomere wie beispielsweise Acryl-Gruppen.
Demgemäß sind in der Praxis die Monomere, die in der Lage sind, eine geeignete Copolymerisation mit Diethylenglykolbisallylcarbonat einzugehen, auf solche Monomere beschränkt, die eine oder mehrere Allyl-Gruppen als funktionelle Gruppen enthalten. Es ist schwierig, die Verbindung mit vielen Monomeren zu copolymerisieren, die eine oder mehrere nützliche funktionelle Gruppen mit guter Polymerisierbarkeit im Rahmen einer Radikalpolymerisation aufweisen, beispielsweise Acryl-Gruppen, Methacryl-Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen. Aus diesen Gründen ist es eine derzeit bestehende Situation, daß kein Copolymer mit hohem Brechungsindex geschaffen wurde, das die exzellenten physikalischen Eigenschaften von Polydiethylenglykolbisallylcarbonat beibehält.
Aus den vorstehend geschilderten Umständen ist es erwünscht, ein optisches Material bereitzustellen, das exzellente Eigenschaften insofern aufweist, als es eine leichte Copolymerisation mit Monomeren erlaubt, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen mit hoher Polymerisierbarkeit im Rahmen einer Radikalpolymerisation aufweisen, beispielsweise mit Acryl-Gruppen, Methacryl-Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen, wobei das Material eine mit ausreichend hohem Grad vernetzte Struktur aufweist und eine gute Färbbarkeit besitzt.
Wie bereits oben erwähnt wurde, besteht ein unbefriedigter Bedarf für die Entwicklung optischer Materialien mit hohem Brechungsindex. Eine Vielzahl von Vorschlägen im Hinblick auf diesen Bedarf wurden gemacht, und einige von ihnen wurden tatsächlich in die Praxis umgesetzt. Es war bekannt, daß es wirksam ist, daß eine aromatische Verbindung oder eine mit Halogen substituierte aromatische Verbindung als Komponente eingeschlossen ist, um ein optisches Material mit einem hohen Brechungsindex zu erhalten. Es wurde eine Vielzahl von Untersuchungen durchgeführt, die von dieser Verfahrensweise Gebrauch machen. Die Einführung einer derartigen Komponente in ein aus Kunststoff hergestelltes optisches Material führt jedoch zu einem optischen Material mit verringerter Schlagzähigkeit oder mit einem größeren spezifischen Gewicht, so daß die besonderen Vorteile des aus Kunststoff hergestellten optischen Materials geopfert werden. Tatsächlich war man nicht erfolgreich, irgendein optisches Material zu schaffen, das in der Lage ist, zu einer Linse aus Kunststoff mit einem hohen Brechungsindex, einer großen Schlagzähigkeit und einem geringen spezifischen Gewicht zu führen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Material zu schaffen, das exzellente Eigenschaften aufweist und das aus einem Polymer zusammengesetzt ist, das durch Radikalpolymerisation hergestellt werden kann und eine in hohem Mäße vernetzte Struktur aufweist und darüber hinaus eine gute Färbbarkeit aufweist, das außerdem einen hohen Brechungsindex hat und darüber hinaus eine große Schlagzähigkeit und ein geringes spezifisches Gewicht aufweist.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem optischen Material, das ein Copolymer umfaßt, das erhalten wird durch Polymerisieren einer Monomer-Zubereitung, die besteht aus wenigstens 30 Gew.-Teilen einer Komponente A, die ein trifunktionelles Monomer ist, das durch die folgende Formel [A] wiedergegeben wird, und nicht mehr als 70 Gew.-Teilen eines Monomers, das mit der Komponente A copolymerisierbar ist, Formel [A]
worin R' für -(CH&sub2;-)nR², -(CH&sub2;-)n - -R² oder -(CH&sub2;-)nO- -R² steht, worin n eine ganze Zahl von 3 bis 8 ist und R² eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare funktionelle Gruppe ist, die wiedergegeben wird durch -O-(CH&sub2;CH&sub2;O-)m -CH=CH&sub2; oder
worin m eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem optischen Material, das ein Copolymer umfaßt, das erhalten wird durch Polymerisieren einer Monomer-Zubereitung, die besteht aus 30 bis 65 Gew.-Teilen einer Komponente A, die ein trifunktionelles Monomer ist, das durch die folgende Formel [A] wiedergegeben wird, 10 bis 30 Gew.-Teilen einer Komponente B, die ein aliphatisches bifunktionelles Monomer umfaßt, das wiedergegeben wird durch die folgende Formel [B], und 30 bis 55 Gew.-Teilen einer Komponente C, die gebildet ist aus einem copolymerisierbaren Monomer, das mit den Komponenten A und B copolymerisierbar ist und eine aromatische Gruppe enthält: Formel [A]
worin R¹ für -(CH&sub2;-)nR², -(CH&sub2;-)n - -R² oder -(CH&sub2;-)nO- -R² steht, worin n eine ganze Zahl von 3 bis 8 ist und R² eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare funktionelle Gruppe ist, die wiedergegeben wird durch -O-(CH&sub2;CH&sub2;O-)m -CH=CH&sub2; oder
worin m eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist;

Formel [B]

R&sup4;-O-R³-O-R&sup5;
worin R³ für eine Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen steht und R&sup4; und R&sup5; gleich oder verschieden sein können und jeweils für sich für eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen, die wiedergegeben wird durch -(CH&sub2;CH&sub2;O-)pCH&sub2;-CH=CH&sub2;, -(CH&sub2;CH&sub2;O-)p -CH=CH&sub2; oder
worin p für eine ganze Zahl von 0 bis 2 steht.
In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Copolymer erhalten durch Polymerisieren der Monomer-Zubereitung, die eine Komponente A enthält, die ein besonderes trifunktionelles Monomer mit einer Triazin-Ring-Struktur ist, in einem Anteil von wenigstens 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung. Das Copolymer weist also eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf. Es hat eine dreidimensionale, in ausreichend hohem Grad vernetzte Struktur, wodurch es eine große Wärmebeständigkeit aufweist und organischen Lösungsmitteln widerstehen kann. Außerdem weist es eine gute Färbbarkeit auf, so daß es mit einem herkömmlichen, in Wasser dispergierbaren Farbstoff gefärbt werden kann.
Außerdem weist das Copolymer gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, das erhalten wird durch Copolymerisieren der Komponenten A, B und C in den spezifischen Mengenverhältnissen, einen ausreichend hohen Brechungsindex von wenigstens 1,53 (nd ≥ 1,53), ein niedriges spezifisches Gewicht von 1,25 oder niedriger und darüber hinaus eine ausreichend hohe Schlagzähigkeit auf. Das optische Material, das durch Copolymerisieren der Komponenten A, B und C in den speziellen relativen Anteilen erhalten wird, weist eine hohe Schlagzähigkeit und auch einen hohen Brechungsindex und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf, und diese Eigenschaften sind wohlausgewogen, da die Komponente A das spezielle trifunktionelle Monomer ist und damit eine in hohem Maße vernetzte Struktur in dem resultierenden Polymer gebildet wurde. Andererseits trägt Komponente B zur Bildung der vernetzten Struktur bei und realisiert die ausreichend hohe Schlagzähigkeit. Darüber hinaus trägt Komponente C zu dem hohen Brechungsindex bei. Dementsprechend hat das optische Material gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Vorteile, daß es Eigenschaften aufweist, die es als optisches Material für Kunststoff-Linsen ausgezeichnet machen. Darüber hinaus sind diese Eigenschaften wohlausgewogen. Dadurch wird es möglich gemacht, in der Praxis Kunststoff-Linsen bereitzustellen, die ein geringes Gewicht und eine geringe Dicke aufweisen und darüber hinaus einen hohen Grad an Sicherheit bieten.
Die Komponente A, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung nützlich ist, ist ein trifunktionelles Monomer, das die Triazin-Ring-Struktur aufweist, wie aus der Formel [A] ersichtlich ist. Die Triazin-Ring-Struktur ist eine Gerüst-Struktureinheit, deren Merkmal eine extrem hohe chemische Stabilität und eine große Wärmebeständigkeit ist. Da Komponente A ein im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbares trifunktionelles Monomer mit einer derartigen Triazin-Struktur ist, weist das resultierende Copolymer eine gut entwickelte, dreidimensional vernetzte Netzstruktur auf. Aufgrund dieser vernetzten Struktur hat das Copolymer eine hohe Schlagzähigkeit, und seine Wärmebeständigkeit ist ausgezeichnet.
Es ist ein erster Vorteil der Komponente A, daß sie eine in hohem Maße entwickelte, stabile, vernetzte Struktur bildet, wie dies oben erwähnt wurde, und daß sie eine hohe Kompatibilität mit einem weiteren Monomer oder weiteren Monomeren aufweist. Aufgrund dieses Vorteils läßt sich dessen Copolymerisation mit einem anderen Monomer oder mit anderen Monomeren einfach durchführen, und das resultierende Copolymer hat eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit und ist nützlich als optisches Material.
Es ist ein zweiter Vorteil der Komponente A, daß sie aufgrund ihrer raumgreifenden Triazin-Ring-Struktur ein Copolymer mit einem geringeren spezifischen Gewicht und einem hohen Brechungsindex bildet, verglichen mit vernetzten Polymeren üblicher aliphatischer Monomere.
Die im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbaren funktionellen Gruppen, die in der Komponente A an das Triazin-Gerüst gebunden sind, sind Allyl-Gruppen, Acryl- Gruppen oder Methacryl-Gruppen. Diese funktionellen Gruppen werden über eine Ether- Bindung, eine Urethan-Bindung oder eine Carbonat-Bindung gebunden.
Die Werte von n und m in der Formel [A] sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung wichtig. Insbesondere ist der Wert von n extrem wichtig. Wenn der Wert von n klein und die Kohlenstoff-Kette kurz ist, ist das resultierende Copolymer vorteilhaft insofern, als sein Brechungsindex hoch ist. Seine Schlagzähigkeit ist jedoch niedrig. Werte von n unter 3 führen zu Copolymeren mit einem sehr niedrigen Wert der Schlagzähigkeit. Andererseits liefern Werte von n über 8 keinen hohen Brechungsindex. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Copolymer mit ausgezeichneter Schlagzähigkeit und geringem Wert des spezifischen Gewichts ohne Probleme erhalten.
Wenn der Wert m kleiner ist und die Ethylenoxid-Kette kurz ist, wird ein Copolymer mit höherem Brechungsindex und verringerter Schlagzahigkeit erhalten. Der Wert m kann vorzugsweise aus dem Bereich von 0 bis 2 gewählt werden, solange die Bedingung erfüllt wird, daß der Wert von n 3 oder größer ist. Dementsprechend können die Werte n und m in der Komponente A in geeigneter Weise innerhalb ihrer jeweiligen Bereiche in Abhängigkeit vom Anwendungszweck des zu erhaltenden optischen Materials gewählt werden.
In dem Fall, in dem die im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbaren funktionellen Gruppen in der Komponente A Acryl-Gruppen oder Methacryl-Gruppen sind, kann die Komponente A in geeigneter Weise in einem relativ gewünschten Mengenanteil mit einem Acryl-Monomer oder einem Methacryl-Monomer copolymerisiert werden, das im Hinblick auf eine Erhöhung des Brechungsindex wirksam ist. Da - wie bereits oben erwähnt - die Komponente A trifunktionell ist, weist das resultierende Copolymer ebenfalls eine dreidimensional vernetzte, raumgreifende Struktur mit einem hohen Vernetzungsgrad in diesem Fall auf. Daher zeigt das Copolymer eine ausreichende Wärmebeständigkeit als optisches Material und wird überhaupt nicht durch routinemäßig verwendete organische Lösungsmittel angegriffen. Außerdem ist seine Stabilität gegenüber chemischen Reagenzien ausgezeichnet, und sein spezifisches Gewicht ist klein.
Außerdem kann das Copolymer der Komponente A mit einer wäßrigen Lösung eines in Wasser dispergierbaren Farbstoffs durch einfache Behandlung gefärbt werden, beispielsweise indem man bloß das Copolymer unter Wärme in die wäßrige Lösung eintaucht. Obwohl ein Polymer mit einem hohen Brechungsindex allgemein eine starke aromatische Natur und eine große Hydrophobizität aufweist und in vielen Beispielen nicht mit einem in Wasser dispergierbaren Farbstoff färbbar ist, hat es die Einarbeitung der Komponente A möglich gemacht, ein Copolymer mit einer ausreichenden und guten Färbbarkeit zu erhalten.
In der Komponente A kann jeder Rest R¹ eine Gruppe sein, die aus einer Methylen-Kette und einem an eine Acryl-Gruppe oder eine Methacryl-Gruppe gebundenen Ethylenoxid-Rest (d.h. den Rest R²) gebildet ist und die direkt an die Methylen-Kette gebunden ist, oder kann als Alternative eine Gruppe sein, die aus der Kette und dem Oxid gebildet ist und an die Kette mittels einer Urethan-Bindung oder einer Carbonat-Bindung gebunden ist. Die Verwendung einer Komponente A mit einer derartigen Urethan-Bindung oder Carbonat- Bindung, wie sie vorstehend erwähnt wurde, ist bevorzugt, da ein Copolymer mit einer noch besseren Färbbarkeit erhalten wird.
Als spezielle Beispiele der Komponente A, die in der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung nützlich ist, können genannt werden: Tris(2-acryloxyethyl-)isocyanurat, Tris(2-methacryloxyethyl-)isocyanurat, Tris(acryloxyethoxyethyl-)isocyanurat, Tris(methacryloxyethoxyethyi-)isocyanurat, Tris(acryloxydiethoxyethyl-)isocyanurat, Tris(methacryloxyethoxypropyl-)isocyanurat, Tris-N-(methacryloxyethoxycarbamoylhexyl-)isocyanurat und Tris-N-(acryloxyethoxyethoxycarbamoylhexyl-)isocyanurat.
Die Komponente A wird durch ihre Copolymerisation mit einem Monomer, das damit copolymerisierbar ist, in ein optisches Material umgewandelt. Keine spezielle Beschränkung wird hinsichtlich eines derartigen Monomers auferlegt, solange es eine oder mehrere gewöhnliche, im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare Gruppen enthält, beispielsweise Acryl-Gruppen, Methacryl-Gruppen und/oder Vinyl-Gruppen. Als spezielle Beispiele können Vinyl-Verbindungen wie beispielsweise Styrol, α-Methylstyrol, Divinylbenzol, Isopropenylbenzol, Vinylphenol, Acrylnitril, p-Methylstyrol, Vinylnaphthalin, Chlorstyrol und Bromstyrol und deren Mischungen, aliphatische oder aromatische Acrylate und Methacrylate wie beispielsweise Phenylmethacrylat, Acryloxyethoxybenzol, Methacryloxyethoxybenzol, 1-Methacryloxy-2,4,6-tribrombenzol, 2,2-Bis[4-(methacryloxyethoxy-)phenyl-]propan, 2,2-Bis[4-(acryloxypolyethoxyphenyl-)]propan, Methylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, 1,3-Butandioldimethacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat und Diethylenglykoldimethacrylat und deren Mischungen genannt werden.
In dem optischen Material gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Mengenanteil der Komponente A in verschiedener Weise in Abhängigkeit von dem angestrebten optischen Material geändert werden. Der Mengenanteil der Komponente A kann daher in Übereinstimmung mit einer Vielzahl von Zwecken verändert werden, beispielsweise dann, wenn es erwünscht ist, ein optisches Material zu erhalten, das in einem Bereich verwendet wird, in dem Wärmebeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit von vornehmlicher Wichtigkeit sind, dann, wenn ein optisches Material mit guter Färbbarkeit gewünscht wird, oder dann, wenn ein optisches Material mit hohem Brechungsindex gesucht wird. Es ist jedoch für die Bereitstellung eines Copolymers mit einer guten Färbbarkeit und einer exzellenten Vernetzbarkeit erforderlich, die Menge der Komponente A in einem Mengenanteil von wenigstens 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung einzusteuern. Wenn der Mengenanteil der Komponente A geringer ist als 30 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung, werden die guten Eigenschaften, die der Komponente A eigen sind, von dem resultierenden Copolymer nicht gezeigt, so daß das Copolymer hinsichtlich seiner Wärmebeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit unterlegen ist und eine ausreichende Färbbarkeit nicht zeigt.
Das optische Material gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann allgemein hergestellt werden durch ein herkömmliches Radikalpolymerisations-Verfahren, in dem ein Radikalpolymerisations-Initiator eingesetzt wird, der öffentlich bekannt ist, da die polymerisierbaren funktionellen Gruppen der Komponente A im Wege einer Radikalpolymerisation polymerisierbar sind. Das resultierende Polymer liegt daher in einer vernetzten Form vor, so daß es kaum durch Spritzgießen geformt werden kann. Daher ist es praktisch bevorzugt, das optische Material dadurch zu erhalten, daß man Gebrauch von einem Gießpolymerisations-Verfahren macht, in dem eine Gießform verwendet wird. Es ist nämlich nötig, einen herkömmlichen Radikalpolymerisations-Initiator der Monomer-Mischung, die die Komponente A in einem Mengenanteil von 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung enthält, zuzusetzen, die resultierende Mischung in eine Form mit plattenartiger, linsenartiger, zylindrischer, prismatischer, konischer oder sphärischer Form oder mit irgendeiner anderen Form zu gießen, die in Übereinstimmung mit der Endverwendung gestaltet ist und aus einem Material wie beispielsweise Glas, Kunststoff oder Metall hergestellt ist, und anschließend die Mischung zu ihrer Polymerisation zu erwärmen.
Die Monomer-Zubereitung mit dem zugesetzten Radikalpolymerisations-Initiator kann auch ein Färbemittel, ein Absorptionsmittel für ultraviolette Strahlung, einen Oxidationsinhibitor, einen Wärmestabilisator und/oder einen oder mehrere andere Hilfszusätze in Übereinstimmung mit der beabsichtigten Endverwendung des zu erhaltenden optischen Materials enthalten.
Neben der oben beschriebenen Gießpolymerisation kann die gewünschte Linse oder ein anderes optisches Material dadurch hergestellt werden, daß man ein Copolymer, beispielsweise ein solches in plattenähnlicher Form oder in einer anderen Form, aus der obigen Monomer-Mischung erhält und das Copolymer anschließend einem Vorgang des Schneidens und Schleifens unterwirft. Verschiedene Eigenschaften des optischen Materials können weiter verbessert werden, indem man Schritte des Schleifens der Oberfläche oder eine Antistatik- Behandlung anwendet, sofern dies erforderlich ist.
Es ist auch möglich, das optische Material mit einem anorganischen oder organischen harten Überzugsmaterial zu überziehen, um dessen Oberflächenhärte zu erhöhen oder um einen von Reflexion freien Überzugsfilm aufzubringen. Ein Färben kann ebenfalls im Verlaufe dieser Sekundärbehandlung oder der Behandlungsschritte erfolgen, wenn dies erwünscht ist.
Bei Copolymerisation der Komponenten A, B und C gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Mengenanteil der Komponente A auf 30 bis 65 Gew.-Teile, vorzugsweise 35 bis 65 Gew.-Teile, pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung eingestellt. Solange der Mengenanteil dieser Komponente wenigstens 35 Gew.-Teile beträgt, ist es möglich, ein Copolymer zu erhalten, das im Hinblick auf Brechungsindex und Schlagzhhigkeit wohlausgewogen ist. Wenn jedoch der Mengenanteil dieser Komponente 65 Gew.-Teile übersteigt, hat die resultierende Monomer-Zubereitung eine übermäßig hohe Viskosität, so daß es schwierig ist, bei Raumtemperatur eine Gießpolymerisation dieser Zubereitung durchzuführen. Insbesondere ist es aus Sicht der Produktivität bei der tatsächlichen fabrikmäßigen Herstellung wünschenswert, den Mengenanteil auf 55 Gew.- Teile oder weniger zu beschränken.
Komponente B ist ein aliphatisches bifunktionelles Monomer. Da Komponente B eine aliphatische Verbindung ist, ist sie sehr wirksam im Hinblick darauf, dem Copolymer Flexibilität zu verleihen und als Ergebnis dessen Schlagzähigkeit zu verbessern. Außerdem wird Komponente B in die vernetzte Struktur eingearbeitet, da sie ein bifunktionelles Monomer ist, so daß sie die Wärmebeständigkeit des Copolymers nicht verringert.
In der Formel [B] ist R³ eine Kohlenwasserstoff-Gruppe. Da die Kohlenstoffzahl des Copolymers ansteigt, wird seine Schlagzähigkeit verbessert, jedoch sein Brechungsindex erniedrigt. In ähnlicher Weise steigt die Schlagzänigkeit des Copolymers an und sinkt andererseits sein Brechungsindex, wenn p, das die Anzahl der Ethylenoxyd-Einheiten in den funktionellen Gruppen R&sup4; und R&sup5; anzeigt, größer wird. Daher sollten die Kohlenstoffzahl von R³ und der Wert von p in Übereinstimmung mit der endgültigen Verwendung gewählt werden. Um ein Copolymer mit guter Ausgewogenheit hinsichtlich Schlagzähigkeit und Brechungsindex zu erhalten, ist es allgemein bevorzugt, ein aliphatisches bifunktionelles Monomer der Formel [B] zu wählen, in dem p in jedem der Reste R&sup4; und R&sup5; 0 bis 1 ist, wenn die Kohlenstoffzahl von R³ im Bereich von 6 bis 8 liegt, 1 ist, wenn die Kohlenstoffzahl von R³ im Bereich von 4 bis 6 liegt, oder 1 bis 2 ist, wenn die Kohlenstoffzahl von R³ im Bereich von 2 bis 4 liegt.
Als spezielle Beispiele der Komponente B können erwähnt werden Ethylenglykoldiallylether, Diethylenglykoldiallylether, Propylenglykoldiallylether, 1,3-Butandioldiallylether, Ethylenglykoldimethacrylat, Propylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldimethacrylat, 1,3- Butandioldimethacrylat, Propylenglykoldiacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat und Hexamethylenglykoldiacrylat.
Der Mengenanteil der Komponente B liegt im Bereich von 10 Gew.-Teilen bis 30 Gew.- Teilen pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung. Wäre dessen Mengenanteil kleiner als 10 Gew.-Teile, wäre es unmöglich, ein Copolymer mit einer ausreichenden Schlagzähigkeit zu erhalten. Andererseits führten Mengenanteile über 30 Gew.-Teile zu einem Copolymer mit einem niedrigen Brechungsindex, wenn auch seine Schlagzähigkeit gut ist.
Komponente C ist ein copolymerisierbares Monomer mit einer aromatischen Gruppe. Seine Copolymerisation mit den Komponenten A und B kann zu einem Copolymer mit einem Brechungsindex führen, der einen hohen Wert von wenigstens 1,53 hat (nd ≥ 1,53). Es werden insbesondere keine zusätzlichen Beschränkungen auferlegt, solange die Komponente C eine aromatische Gruppe enthält und im Rahmen einer Radikal-Copolymerisation mit den Komponenten A und B copolymerisierbar ist. Mit Halogen substituierte Monomere sind jedoch nicht bevorzugt, da sie allgemein zu Copolymeren mit einem höheren spezifischen Gewicht führen. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, daß die Verwendung eines derartigen Halogen-substituierten Monomers in Form eines Mengenanteils von Komponente C nicht ausgeschlossen ist.
Als spezielle Beispiele von Komponente C können erwähnt werden: Allylphenol, Diallylphthalat, Styrol, α-Methylstyrol, Divinylbenzol, p-Chlorstyrol, Phenylmethacrylat, Acryloxyethoxybenzol, Methacryloxydiethoxybenzol und 2,2-Bis[4-(methacryloxyethoxy-)phenyl-]propan.
Der Mengenanteil von Komponente C liegt im Bereich von 30 Gew.-Teilen bis 55 Gew.- Teilen pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung. Mengenanteile unter 30 Gew.-Teilen führten zu einem Copolymer mit einem niedrigen Brechungsindex, während Mengenanteile über 55 Gew.-Teilen zu einem Copolymer mit einer niedrigen Schlagzähigkeit führten, wenn auch sein Brechungsindex hoch ist.
Es ist bevorzugt, als Komponenten B und C diejenigen Verbindungen zu verwenden, die Acryl-Gruppen oder Methacryl-Gruppen als funktionelle Gruppen enthalten. In diesen Fällen kann die Polymerisation der Monomer-Zubereitung in ruhiger und angepaßter Weise durchgeführt werden.
Ein Copolymer mit ausgezeichneter Färbbarkeit, einem Brechungsindex mit einem hohen Wert von 1,53 oder höher (nd ≥ 1,53), einem spezifischen Gewicht mit einem niedrigen Wert von 1,3 oder niedriger und einer hohen Schlagzähigkeit kann erhalten werden durch Polymerisieren der Monomer-Zubereitung, die die Monomere der oben speziell angegebenen Arten, nämlich die Komponenten A, B und C, in den speziellen Mengenverhältnissen enthält, die oben beschrieben sind. Nebenbei gesagt, kann das vorstehend genannte Polymerisationsverfahren auch so, wie es ist, auf die Polymerisation der Komponenten A, B und C angewendet werden.
Nachfolgend findet sich eine Beschreibung bestimmter Beispiele der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Einer Monomer-Zubereitung, die erhalten worden war durch Mischen von 55 Gew.-Teilen Tris(3-acryloxypropyl-)isocyanurat der Formel [A], in der R¹ steht für -CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;O -CH=CH&sub2;, 25 Gew.-Teilen 1-Methacryloxy-2,4,6-tribrombenzol, das durch die folgende Formel wiedergegeben ist
und 20 Gew.-Teilen Styrol, wurde 1 Gew.-Teil Lauroylperoxid als Polymerisationsinitiator zugesetzt.
Die resultierende Mischung wurde in eine aus nicht-rostendem Stahl hergestellte Form gegossen. Die Mischung wurde 4 h lang auf 50 ºC und weiter 20 h lang auf 50 ºC bis 90 ºC erhitzt. Hierdurch wurde sie unter Erhalt eines farblosen, transparenten Copolymers erhitzt, das zu einer Platte einer Dicke von 2 mm geformt war.
Der Brechungsindex des Copolymers wurde mit einem Abbe-Refraktometer gemessen. Sein Brechungsindex, nd, war 1,559, und seine Abbe-Zahl war 37,8. Sein spezifisches Gewicht war 1,24.
Nach Schleifen der Oberflächen des so geformten Copolymers zu optischen Oberflächen wurde seine Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich mittels eines im Handel erhältlichen Moment-Mehrfachlicht-Meßsystems gemessen, das mit einer 150 W-Xenonlampe ausgestattet war. Es wurde gefunden, daß die Lichtdurchlässigkeit 92 % war. Es hatte also eine hohe Lichtdurchlässigkeit.
Das so geformte Copolymer wurde bei 30 ºC 30 min lang in organische Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Toluol und Tetrahydrofuran getaucht. Es wurde überhaupt nicht beschädigt.
Um die Färbbarkeit des Copolymers zu untersuchen, wurde das Copolymer bei 80 ºC 10 min lang in eine 0,15 %ige wäßrige Lösung von "Sumikaron-Blau E-FBL" getaucht (Handelsname; Produkt der Firma Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Als Ergebnis war das Copolymer in einer leuchtend blauen Farbe gefärbt.
Wie oben dargelegt wurde, kann das Copolymer zufriedenstellend gefärbt werden, und zwar selbst unter Bedingungen, unter denen Polystyrol nicht gefärbt werden kann. Außerdem hat das Polymer einen hohen Brechungsindex.
Außerdem wurden konkave Linsen mit einem Außendurchmesser von 70 mm, einer zentralen Dicke von 1,6 mm und einem Dioptrien-Grad von -3,25 dadurch hergestellt, daß man die oben beschriebene Monomer-Zubereitung in Glasformen zur Herstellung von Linsen goß und das Polymer anschließend in situ polymerisierte.
Unter Verwendung der Linsen als Proben wurde ein Schlagzähigkeitstest nach der Kugelfall- Methode durchgeführt. Dabei ließ man eine Stahlkugel mit einem Gewicht von 16,3 g im freien Fall bei 20 ºC auf jede der Proben aus einer Höhe von 1,27 m fallen und untersuchte so, ob die Probe brach oder nicht. Bei Durchführung des Tests an zehn Proben brach keine der Proben. Es wurde also gefunden, daß die aus dem Copolymer hergestellten Linsen eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit aufweisen.
Andererseits wurde zu Vergleichszwecken ein in Form einer Platte geformtes Copolymer aus 60 Gew.-Teilen Styrol und 40 Gew.-Teilen 1-Methacryloxy-2,4,6-tribrombenzol erhalten. Dieses wurde bei 80 ºC 30 min lang in eine ähnliche wäßrige Farbstoff-Lösung wie in Beispiel 1 getaucht. Es war absolut unmöglich, dieses Copolymer zu färben. Wenn das Vergleichs-Copolymer in Toluol eingetaucht wurde, begann seine Auflösung sofort von den Oberflächen her.
Aus dem Vorstehenden ist klar, daß das optische Material gemäß der vorliegenden Erfindung trotz seiner ausgezeichneten Lösungsmittelbeständigkeit färbbar ist und daß es einen hohen Brechungsindex hat. Es ist daher nützlich.

Beispiel 2

Einer Monomer-Zubereitung, die erhalten worden war durch Mischen von 60 Gew.-Teilen Tris(N-methacryloxyethoxycarbamoylhexyl-)isocyanurat der Formel [A], in der R¹ steht für
30 Gew.-Teilen Styrol und 10 Gew.-Teilen α-Methylstyrol, wurde 1 Gew.-Teil Lauroylperoxid als Polymerisationsinitiator zugesetzt. Die resultierende Mischung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 polymerisiert und so ein farbloses, transparentes Copolymer erhalten, das in Form einer Platte geformt war.
Der Brechungsindex, nd, des Copolymers war 1,552, und seine Abbe-Zahl war 38,8. Andererseits betrug sein spezifisches Gewicht 1,14. An dem so geformten Copolymer wurde die Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Es wurde gefunden, daß diese 94 % war.
Das so geformte Copolymer wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 in organische Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Toluol und Tetrahydrofuran getaucht. Es wurde überhaupt nicht beschädigt.
Das Copolymer wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 einer Färbebehandlung unterzogen. Im Ergebnis war es erfolgreich mit einer leuchtend blauen Farbe gefärbt.
Außerdem wurden konkave Linsen mit einem Außendurchmesser von 70 mm, einer zentralen Dicke von 1,6 mm und einem Dioptrien-Grad von -3,00 aus der oben beschriebenen Monomer-Zubereitung in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Unter Verwendung dieser Linsen als Probekörper wurde ein ähnlicher Schlagzähigkeitstest wie in Beispiel 1 an zehn der Proben nach der Kugelfall-Methode durchgeführt. Keine dieser Proben brach dabei.

Beispiel 3

Einer Monomer-Zubereitung, die erhalten worden war durch Mischen von 45 Gew.-Teilen Tris-N-(methacryloxyethoxycarbamoylhexyi-)isocyanurat (siehe Beispiel 2),25 Gew.-Teilen 1,3-Butandioldimethacrylat, das durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
10 Gew.-Teilen α-Methylstyrol und 20 Gew.-Teilen 2,2-Bis[4-(methacryloxyethoxy-)phenyl-]propan, das durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
wurde 1,0 Gew.-Teil Lauroylperoxid als Polymerisationsinitiator zugesetzt.
Die resultierende Mischung wurde unter Erhalt von konkaven Linsen mit einem Außendurchmesser von 75 mm, einer zentralen Dicke von 1,8 mm und einem Dioptrien-Grad von -2,50 polymerisiert.
Der Brechungsindex nd, die Abbe-Zahl und das spezifische Gewicht der Linsen waren 1,536, 42 bzw. 1,21. Außerdem wurde die Lichtdurchlässigkeit dieser Linsen im sichtbaren Bereich in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Es wurde gefunden, daß sie 91 % betrug.
Die Linsen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 in organische Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Toluol und Tetrahydrofuran eingetaucht. Sie wurden überhaupt nicht beschädigt.
Diese Linsen wurden auch einer Färbebehandlung in derselben Weise wie in Beispiel 1 unterzogen. Im Ergebnis wurden sie erfolgreich in einer leuchtend blauen Farbe eingefärbt.
Unter Verwendung dieser Linsen als Proben wurde ein ähnlicher Schlagzähigkeits-Test wie in Beispiel 1 an zehn der Proben in Übereinstimmung mit der Kugelfall-Methode durchgeführt. Keine dieser Proben zerbrach dabei.

Beispiel 4

Einer Monomer-Zubereitung, die erhalten worden war durch Mischen von 40 Gew.-Teilen Tris(methacryloxyethoxypropyl-)isocyanurat der Formel [A], in der R¹ steht für
Gew.-Teilen Diethylenglykoldimethacrylat, das durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
Gew.-Teilen Divinylbenzol und 25 Gew.-Teilen α-Methylstyrol, wurden 1,0 Gew.-Teile Lauroylperoxid zugesetzt. Die resultierende Mischung wurde unter Herstellung von konkaven Linsen mit einem Außendurchmesser von 75 mm, einer zentralen Dicke von 1,8 mm und einem Dioptrien-Grad von -4,00 polymerisiert.
Der Brechungsindex, nd, die Abbe-Zahl und das spezifische Gewicht dieser Linsen betrugen 1,564, 40 bzw. 1,22. Außerdem wurde die Lichtdurchlässigkeit dieser Linsen im sichtbaren Bereich in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Es wurde gefunden, daß diese 91 % betrug.
Die Linsen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 in organische Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Toluol und Tetrahydrofuran eingetaucht. Sie wurden überhaupt nicht beschädigt.
Diese Linsen wurden auch in derselben Weise wie in Beispiel 1 einer Färbebehandlung unterzogen. Als Ergebnis waren sie erfolgreich in einer leuchtend blauen Farbe eingefärbt.
Unter Verwendung dieser Linsen als Proben wurde ein ähnlicher Schlagzähigkeitstest wie in Beispiel 1 an zehn der Proben nach der Kugelfall-Methode durchgeführt. Keine der Proben brach dabei.

Beispiel 5

Konkave Linsen mit einem Außendurchmesser von 75 mm, einer zentralen Dicke von 1,7 mm und einem Dioptrien-Grad von -4,00 wurden hergestellt durch Polymerisieren einer Monomer-Zubereitung, die erhalten worden war durch Mischen von 40 Gew.-Teilen Tris-N- (methacryloxyethoxycarbamoylhexyl-)isocyanurat (siehe Beispiel 2), 15 Gew.-Teilen Diethylenglykoldimethacrylat (siehe Beispiel 4), 20 Gew.-Teilen eines Phthalsäureester- Polykondensationsprodukts der folgenden Formel:
(n = 3 und n = 4)
und 25 Gew.-Teilen α-Methylstyrol unter Verwendung von 3 Gew.-Teilen Isopropylperoxydicarbonat als Polymerisationsinitiator, Gießen der resultierenden Mischung in linsenförmige Glasformen, Stehenlassen bei 40 ºC für 5 h und Erwärmen der Zubereitung auf eine Temperatur im Bereich von 40 ºC bis 85 ºC über 16 h.
Der Beugungsindex, nd, die Abbe-Zahl und das spezifische Gewicht der Linsen waren 1,542, 44 bzw. 1,20. Außerdem wurde die Lichtdurchlässigkeit dieser Linsen im sichtbaren Bereich in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Es wurde gefunden, daß sie 91 % betrug.
Die Linsen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 in organische Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Toluol und Tetrahydrofuran getaucht. Sie wurden überhaupt nicht beschädigt.
Diese Linsen wurden auch einer Färbebehandlung in derselben Weise wie in Beispiel 1 unterworfen. Im Ergebnis wurden sie mit einer leuchtend blauen Farbe erfolgreich gefärbt.
Unter Verwendung dieser Linsen als Proben wurde ein ähnlicher Schlagzähigkeitstest wie in Beispiel 1 an zehn der Proben nach der Kugelfall-Methode durchgeführt. Keine der Proben brach dabei.

Claims

1. Optisches Material, umfassend ein Copolymer, das erhalten wird durch Polymerisieren einer Monomer-Zubereitung, die besteht aus wenigstens 30 Gew.-Teilen einer Komponente A, die ein trifunktionelles Monomer ist, das wiedergegeben wird durch die folgende Formel [A], und nicht mehr als 70 Gew.-Teile eines Monomers, das mit Komponente A copolymerisierbar ist: Formel-[A]

worin R¹ steht für -(CH&sub2;-)nR², -(CH&sub2;-)n - -R² oder -(CH&sub2;-)-O- -R², worin n eine ganze Zahl von 3 bis 8 ist und R² für eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare funktionelle Gruppe steht, die wiedergegeben wird durch

worin m eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.

2. Optisches Material nach Anspruch 1, worin das Monomer, das mit Komponente A copolymerisierbar ist, wenigstens eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare Acryl-Gruppe, Methacryl-Gruppe oder Vinyl-Gruppe enthält.

3. Optisches Material, umfassend ein Copolymer, das erhalten wird durch Polymerisieren einer Monomer-Zubereitung, die besteht aus 30 bis 65 Gew.-Teilen einer Komponente A, die ein trifunktionelles Monomer ist, das durch die folgende Formel [A] wiedergegeben wird, 10 bis 30 Gew.-Teilen einer Komponente B, die ein aliphatisches bifunktionelles Monomer umfaßt, das durch die folgende Formel [B] wiedergegeben wird, und 30 bis 55 Gew.-Teilen einer Komponente C, die aus einem copolymerisierbaren Monomer gebildet wird, das mit den Komponenten A und B copolymerisierbar ist und eine aromatische Gruppe enthält: Formel [A]

worin m eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist;

Formel [B]

R&sup4;-O-R³-O-R³

worin R³ für eine Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen steht und R&sup4; und R&sup5; gleich oder verschieden sein können und jeweils für eine im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbare funktionelle Gruppe stehen, die wiedergegeben wird durch

worin p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.

4. Optisches Material nach Anspruch 3, worin der Mengenanteil der Komponente A wenigstens 35 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile der Monomer-Zubereitung ist.

5. Optisches Material nach Anspruch 3, worin die im Rahmen einer Radikalpolymerisation polymerisierbaren funktionellen Gruppen der Komponente B und wenigstens eine funktionelle Gruppe der Komponente C jeweils eine Acryl-Gruppe oder eine Methacryl- Gruppe sind.