Способ изготовления оптических изделий

 

Использование: оптическая промышленность, электроника, автомобиле-, самолето-, и тракторостроение. Сущность: способ проводят путем помещения между по крайней мере двумя поверхностями, одна из которых является оптически прозрачной, олигоуретанакрилата с последующим его отверждением. В качестве олигоуретанакрилата используют продукт конденсации полиатомных спиртов с диизоцианатами и гидрокси(мет)акрилатами. 8 з. п. ф-лы, 8 табл.

Изобретение относится к способам изготовления оптических изделий и может быть использовано, например, в приборостроении при изготовлении оптических элементов, линз, дифракционных решеток, тиражировании голограмм, оптических дисков, а также в других областях промышленности, например, при изготовлении двух- и многослойных стекол.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления оптических изделий путем помещения между по крайней мере двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых является оптически прозрачной, фотополимеризующейся композиции и последующего ее отверждения УФ-излучения [1] В указанном способе используется фотополимеризующаяся композиция, содержащая олигоуретанакрилат (ОУА) аддукт взаимодействия гидроксиалкилметакрилатов с диизоцианатами, акриловые мономеры и фотоинициатор.

Данный способ обеспечивает достижение удовлетворительных (0,5-10,0 нм/мм) значений показателя двулучепреломления. Однако он предназначен целевым образом для процессов формирования подложек оптических дисков между двумя поверхностями и не может быть использован в других процессах, где необходима высокая адгезия полимера к стеклянной поверхности, например, процессах тиражирования дисков однократной записи, реверсивных дисков, асферических линз, процессах изготовления многослойных стекол и т.п.

Целью изобретения является повышение адгезии отвержденной композиции к формовочным поверхностям или субстратам при сохранении коэффициента двулучепреломления полимера на уровне 0,5-10,0 нм/мм.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления оптических изделий путем помещения между по крайней мере двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых является оптически прозрачной, олигоуретанакрилата с последующим его отверждением, в качестве олигоуретанакрилата используется соединение общей формулы 1 CH₂=COOCH₂-HONH-R₂-NHO-(R₃O)_m (I) где R₁ -H; -CH₃.

Х -Н; -СН₃; СH₂Cl; CH₂OC₄H₉; -CH₂OC₆H₄CH₃.

R₂-[-CH₂-)₆; n 2 или 3; m 12-86; R₃-CH₂-(-CH₂)-(CH₂)₄-O-(CH₂CH₂O)₂-.

Предпочтительно, чтобы совместно с олигоуретанакрилатами формулы I использовались активные разбавители, выбранные из ряда: метилметакрилат, бутилметакрилат, гидроксиалкилметакрилат, изоборнилметакрилат или их смеси, которые используют в количестве 40-400 мас. ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I. Активные разбавители необходимы для регулирования реологических свойств композиции.

Предпочтительно, чтобы совместно с олигоуретанакрилатами формулы I и активными разбавителями были использованы фотоинициаторы, выбранные из ряда: 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон, 2-гидрокси-2-метол-1-фенил-пропан-1-он, простые эфиры бензоина, бензофенон, кетон Михлера, диалкоксиацетофеноны или их смеси, которые используют в количестве 0,1-15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I. Фотоинициаторы позволяют повысить скорость отверждения композиций, осуществлять отверждение в оптимальных технологических условиях при комнатной температуре.

В тех случаях, когда фотоинициатор использовать нецелесообразно, для повышения скорости полимеризации композиции предпочтительно вводить в нее термоинициатор. В качестве термоинициатора используют соединения, выбранные из ряда: перекись бензоила, гидроперекись кумола, азобисдиизобутиронитрил или их смеси, который используют в количестве 1,0-15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

В тех случаях, когда композицию, содержащую олигоуретанакрилат формулы I, активный разбавитель, фотоинициатор или термоинициатор, предпочтительно введение в нее промотора адгезии, который еще в большей степени повышает адгезию композиции к поверхности. В качестве промотора адгезии используют соединения, выбранные из ряда: метакрилатдиметилдиэтоксисилан, метакрилатметилтриэтоксисилан, винил- и меркаптосиланы или их смеси, который используют в количестве 1,0-15,0 мас.ч. на 100 мал.ч. соединения формулы I.

В случае изготовления оптического изделия другого назначения, например, линз специального назначения, слоистых триплексных и дуплексных стекол, в композицию можно дополнительно ввести органическое фотохромное соединение, выбраннoе из ряда спиропиранов, который используют в количестве 0,01-0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I. Введение органических фотохромных соединений позволяет изменить спектры поглощения оптических изделий в зависимости от уровня освещенности.

Предпочтительно, чтобы композиция дополнительно содержала пластификатор, выбранный из ряда полиоксипропиленгликолей, который используют в количестве 1,0-100 мас. ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I. Наличие пластификатора позволяет улучшить упруго-прочностные свойства и морозостойкость получаемых оптических изделий.

В тех случаях, когда предложенный способ используется в технологии изготовления дуплексных стекол, которые используются для получения сложно-профильных оптических изделий, после отверждения одну из поверхностей отделяют. В таких случаях в качестве удаляемой поверхности используют лавсановую пленку либо стекло, обработанное антиадгезивом, например, диметилдихлорсиланом.

Процесс отверждения ОУА или композиций более сложного состава, как это указано выше, в зависимости от конкретного технологического процесса изготовление изделий можно осуществлять γ-излучением от источника Со⁶⁰. Можно использовать УФ-источник излучения при использовании в составе композиции фотоинициатора. Отверждение можно осуществлять термообработкой изделия, предварительно введя в него термоинициатор. Во всех указанных случаях полученные оптические изделия характеризуются сочетанием удовлетворительного двулучепреломления с высокой адгезией к поверхностям.

Предложенным способом можно изготавливать многослойные изделия, где используют одновременно несколько оптических элементов, между которыми помещают олигоуретанакрилат или композицию на его основе и которая может быть отверждена ионизирующим излучением, либо термообработкой. Возможно также послойное отверждение с использованием УФ-излучения.

П р и м е р 1. Синтез олигоуретанакрилата.

В реакционную колбу загружают 174 г (1 моль) толуилендиизоцианата марки Т-65/35, включают мешалку и порциями в течение 2-3 ч загружают 1000 г (0,5 моля) полиоксипропиленгликоля мол.м. 2000 (Лапрол 2102), в котором предварительно растворяют 0,02% (от массы реагентов) катализатора дибутилоловодилаурата. Температура реакционной смеси по ходу загрузки не должна превышать 40^оС. После завершения загрузки реакционную смесь выдерживают при 40^оС в течение 1 ч, отбирают пробу и анализируют на содержание изоцианатных групп, которое должно соответствовать расчетной величине.

Вторая стадия синтеза олигоуретанакрилата заключается в обработке макродиизоцианата гидроксиакриловым эфиром формулы II: CH₂= CHCOOCH. (II) Гидроксиакриловый эфир берут в избытке 15 мол. по отношению к стехиометрическому количеству, т.е. 1,15 моля (189 г), с целью обеспечения полноты связывания изоцианатных групп. Загрузку гидроксиакрилового эфира производят при 45^оС и затем постепенно повышают температуру до 190^оС в течение 4 ч. При этой температуре реакционную смесь выдерживают в течение 3-5 ч и отбирают пробу на содержание изоцианатных групп, которое не должно превышать 0,03 мас.

Физико-химические характеристики полученного ОУА приведены в табл. 1.

П р и м е р 2. Слой олигоуретанакрилата, полученного по примеру 1 толщиной 20-50 Мкм покрывают стеклянной поверхностью толщиной 1,2 мм и проводят процесс отверждения γ-излучением от источника Со⁶⁰ дозой 10 кГр. Свойства полученного оптического изделия приведены в табл. 2.

П р и м е р 3. Способ изготовления оптических изделий тот же, что и в примере 2, только используют ОУА (пример 2, табл. 1), который помещают между металлической подложкой и стеклом совместно с активным разбавителем или их смесью.

Составы композиций и их свойства приведены в табл. 3.

Как следует из табл. 3 композиции позволяют увеличить преимущества по адгезии и показателю двулучепреломления, а также улучшить реологические свойства композиции, что позволяет облегчить технологический процесс получения оптических изделий.

П р и м е р 4. Способ изготовления оптических изделий тот же, что и в примере 2, только отверждение осуществляется источником УФ-излучения ЛУФ-80-04 с интенсивностью 100 Вт/м² в области длин волн 320-380 нм. Время экспонирования 5-20 мин и используют композицию (пример 3, табл. 2) совместно с фотоинициатором или смесью фотоинициаторов. Составы композиций и их свойства приведены в табл. 4.

Как следует из приведенных данных введение фотоинициатора позволяет использовать УФ-источники излучения, что позволяет сократить время отверждения композиций при сохранении основных характеристик (показателя двулучепреломления и адгезии).

П р и м е р 5. Способ изготовления оптических изделий тот же, что и в примере 2, только отверждение осуществляют при 120^оС в течение 2-4 ч и используют композицию (пример 3, табл. 2), которая дополнительно содержит термоинициатор или смесь термоинициаторов. Состав и свойства композиции приведены в табл. 5.

Как видно из приведенных данных, использование термоинициаторов позволяет получать искомые результаты без применения технологически сложных методов облучения поверхностей.

П р и м е р 6. Асферическую линзу изготавливают следующим образом: на кварцевую матрицу наливают фотополимеризующуюся композицию и прижимают стеклянной поверхностью сферической линзы. Затем экспонируют УФ-излучением от лампы ДРТ-1000 с интенсивностью 240 Вт/м² в течение 2 мин или термообрабатывают в течение 2 ч при 120^оС. При этом использовали композицию состава (пример 3, табл. 4). Для случая термополимеризации используют композицию состава (пример 3, табл. 5), к которым добавляют промотор адгезии или смесь промоторов адгезии. Состав и свойства композиций приведены в табл. 6.

Как видно из полученных данных, введение промоторов адгезии позволяет улучшить адгезионные характеристики композиций без ущерба для их оптических показателей.

П р и м е р 7. "Триплексное" стекло изготавливают следующим образом. Между двумя листовыми полированными стеклами толщиной 2-3 мм заливают композицию (пример 3, табл. 4) или композицию (пример 3, табл. 5) с фотохромными добавками спиропирана индолинового ряда (например, 1'3'3-триметил-6-нитро-8-метоксиспиро(2Н-1-бензопиран-2,2'(2Н)индол) (СП). В результате полимеризации получают триплексные стекла, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 5727-88. После термополимеризации композиции (пример 3, табл. 5) наблюдается устойчивый фотохромный эффект "хамелеона", т.е. потемнение образца в условиях высокой освещенности и исчезновение окраски в обычных условиях, весьма ценный для многослойных стекол, используемых в автомобильной промышленности. Соответствующие данные приведены в табл. 7.

П р и м е р 8. Изготавливают "триплексное" стекло по примеру 7. В композицию (пример 2, табл. 7) дополнительно вводят в качестве пластификатора полиоксипропиленгликоль "Лапрол 2100". Получают стекла, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 5727-88. Остальные данные приведены в табл. 8.

П р и м е р 9. Изготавливают многослойное стекло посредством заливки ОУА общей формулы I (пример 3, табл. 1) в 0,5 мм зазоры между 4 листовыми полированными стеклами толщиной 2,0 мм и отверждение пакета стекол γ-излучением от источника Со⁶⁰ дозой 30 кГр. Получают образец многослойного стекла с высокими физико-механическими свойствами.

П р и м е р 10. Образец композиции (пример 3, табл. 4) наносят на стеклянную пластину толщиной 4 мм слоем 1,0 мм и покрывают лавсановой пленкой толщиной 70 мкм или формовочным стеклом толщиной 2,0 мм. Фоpмовочное стекло предварительно обрабатывают диметилдихлорсиланом. Экспонирование УФ-светом производят через формовочное стекло или лавсановую пленку. После их снятия получают двухслойное изделие, которое используется в технологии изготовления "дуплексных" стекол.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ путем помещения между по крайней мере двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых является оптически прозрачной, олигоуретанакрилата с последующим его отверждением, отличающийся тем, что в качестве олигоуретанакрилата используют соединение формулы I где R₁ -H, -CH₃; X -H, -CH₃, CH₂Cl, -CH₂OC₄H₉, -CH₂OC₆H₄CH₃; R₂- (-CH₂)₆;

n 2 или 3;
m 12 86;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с активным разбавителем, выбранным из ряда: метилметакрилат, бутилметакрилат, 2-гидроксиалкилметакрилат, изоборнилметакрилат или их смесь, который используют в количестве 40 400 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что соединение формулы I или композицию по п.2 используют совместно с фотоинициатором, выбранным из ряда: 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон, 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-пропан-1-он, простые эфиры бензоина, бензофенон, кетон Михлера, диалкоксиацетофеноны или их смесь, который используют в количестве 0,1 15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I или композиции по п.2.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с термоинициатором, выбранным из ряда: перекись бензоила, гидроперекись кумола, азо-бисдиизобутиронитрил или их смесь, который используют в количестве 1,0 15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что соединение формулы 1 используют совместно с силановым промотором адгезии, выбранным из ряда: метакрилатдиметилдиэтоксисилан, винил-, меркаптосиланы или их смесь, который используют в количестве 1,0 15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с силановым промотором адгезии, выбранным из ряда: метакрилатдиметилдиэтоксисилан, метакрилатметилтриэтоксисилан, винил-, меркаптосиланы или их смесь, который используют в количестве 1,0 15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

7. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с органическим фотохромным соединением, выбранным из ряда спиропиранов, который используют в количестве 0,01 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

8. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с пластификатором, выбранным из ряда полиоксипропиленгликолей, который используют в количестве 1,0 100,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

9. Способ по пп.1 8, отличающийся тем, что после стадии отверждения одну из поверхностей удаляют с отвержденного слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5