Способ изготовления оптических изделий

 

Использование: в приборостроении при изготовлении оптических элементов, линз, дифракционных решеток, тиражировании галограмм, а также в других областях промышленности при изготовлении двух- и многослойных стекол. Сущность изобретения: способ изготовления оптических изделий заключается в помещении между по крайней мере двумя поверхностями, одна из которых является оптически прозрачной, метакрилового олигомера с последующим его отверждением. В качестве метакрилового олигомера используют продукт конденсации полиатомных спиртов с динзоцианатами, ангидридами двухосновных кислот и глицидилметакрилатом. В смеси с олигомером используют акриловые и виниловые мономеры, фотоинициаторы, промоторы адгезии. 5 з. п. ф-лы, 7 табл.

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

Известен способ тиражирования оптических дисков путем помещения между двумя прозрачными поверхностями фотополимеризующейся композиции, включающей диакриловые эфиры гликолей и фотоинициатор с последующим отверждением УФ-излучением.

Однако при использовании указанного способа в процессе изготовления реверсивных оптических дисков, где используются высокие температуры на стадии нанесения магнитооптических регистрирующих сред, к полимерным, рельефонесущим композиционным материалам предъявляются повышенные требования по термостойкости. Композиция, используемая в этом способе, не удовлетвоpяет как этим требованиям, так и требованиям по величине определяющего качество воспроизведения информации показателя двулучепреломления микрорельефа (не более 40 нм/мм).

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления оптических изделий путем помещения между по крайней мере двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых является оптически прозрачной, фотополимеризующейся композицией, и последующего ее отвеpждения УФ-излучением. В указанном способе используется фотополимеризующаяся композиция, содержащая олигоуреталакрилат (ОУА) продукт взаимодействия гидроксиалкилметакрилатов с диизоциалатами, акриловые мономеры и фотоинициатор. Данный способ обеспечивает достижение удовлетворительных (0,5-10,0 нм/мм), значений показателя двулучепреломления.

Однако этот способ не может быть использован в процессах тиражирования реверсивных оптических дисков, где требуется повышенная термостойкость полимерных рельефонесущих слоев.

Целью данного изобретения является повышение термостойкости отвержденной композиции при сохранении необходимых оптических характеристик.

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, ненасыщенного гидроксиакрилового эфира с последующим его отверждением, в качестве ненасыщенного гидроксиакрилового эфира используется соединение общей формулы I: [CH₂= C(CH₃)-C(O)O-CH₂CH(OH)CH₂-OC(OR₁-C(O)OR₂OC(O)-NH R₃ (I) где R₁= ; -CH=CH- R₂=-CH-CH(CH₃)-; CHC(O)CH₂)_n-C(O)OCH₂CH₂O R₃= CH n 5-86.

Предпочтительно, чтобы гидроксиариловый олигоэфир формулы I использовался совместно с виниловым мономером, выбранным из ряда N-винилпирролидон, стирол, винилацетат или их смесью, при этом мономер или смесь мономеров используют в количестве 5-25 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения формулы I.

Предпочтительно также, чтобы в композицию был дополнительно введен акриловый мономер, выбранный из ряда метилметакрилат, бутилметакрилат, гидроксиалкилметакрилат, изоборнилметакрилат, глицидилметакрилат 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.

Во всех указанных выше случаях отверждение осуществляют ионизирующим излучением, например γ -излучением от источника С_о⁶⁰. При этом могут быть получены двух- или многослойные изделия (дуплекс, триплекс и т.п.).

Отверждение может быть проведено и УФ-излучением. Для этого в композицию дополнительно вводят фотоинициатор, выбранный 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 смеси, которые используют в количестве 0,1-15,0 мас.ч. на 100 мас.ч. соединения I. При этом композиция может иметь следующий состав, мас.ч. Соединение формулы I 100 Акриловый мономер или их смесь 0,1-15,0 Фотоинициатор или их смесь 0,1-15,0 Кроме того, фотоинициаторы или их смесь могут быть введены в композицию, содержащую соединение I, акриловый мономер или их смесь, виниловые мономеры или их смесь, при этом композиция может иметь следующий состав, мас.ч. Соединение формулы I 100 Акриловый мономер или их смесь 40-400 Виниловый мономер или их смесь 5-25 Фотоинициатор или их смесь 0,1-15,0
В обоих случаях предпочтительно, чтобы композиция дополнительно содержала промотор адгезии, выбранный из ряда метакрилатдиметилдиэтоксиси- лан, метакрилатметилтриэтоксисилан, винил-, меркаптосиланы или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч: Соединение формулы I 100 Акриловый мономер или их смесь 40-400 Виниловый мономер или их смесь 5-25 Фотоинициатор или их смесь 0,1-15,0 Промотор адгезии или их смесь 1,0-15,0
В случае использования УФ-отверждения возможно получение дуплексных стекол, когда после стадии отверждения одну из поверхностей удаляют с отвержденного слоя. Возможно также изготовление многослойных изделий путем последовательного нанесения композиции и ее отверждения между двумя поверхностями, по крайней мере одна из которых является оптически прозрачной.

П р и м е р ы 1-9. Синтез акрилового олигомера формулы I.

В реакционную колбу загружают 2000 г (2 моля) политетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000, предварительно высушенного под вакуумом при нагревании до содержания влаги не выше 0,03 мас. Включают мешалку, при перемешивании вводят катализатор дибутилоловодилаурат в количестве 0,02% (от массы реагентов). Затем в 2-3 приема загружают 174 г (1 моль) толуилендинзоцианата марки Т-65/35, наблюдая за тем, чтобы температура реакционной смеси по ходу загрузки не превышала 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 заключается в ацилировании полученного уретандиола 196 ч(2 моля) малеиновым ангидридом. Реакцию проводят при температуре 100-105^оС в присутствии 0,1% (от массы реагентов) катализатора ацетата калия, который предварительно вводят в реакционную смесь в виде раствора в этаноле. Реакцию ведут в течение 3 ч, отбирают пробу и анализируют на кислотное число, которое должно соответствовать расчетной величине.

Третья стадия синтеза заключается в обработке олигомердикарбоновой кислоты 284 ч. (2 моля) глицидилметакрилата, Реакцию проводят при 95-100^оС в течение 7-8 ч, после чего отбирают пробу и анализируют на кислотное число, которое не должно превышать 10 м кон/г.

Физико-химические характеристики полученного акрилового олигомера и других олигомеров общей формулы I приведены в табл.1.

П р и м е р ы 10-18. По известной технологии изготавливают оптический диск путем нанесения между стеклянным диском-оригиналом и стеклом соединения формулы I с последующим облучением от источника С_о⁶⁰дозой 30 кГр.

В результате получается полимерное покрытие, свойства которого приведены в табл.2.

Как следует из приведенных данных, предлагаемый способ позволяет улучшить термостойкость композиции прототипа при сохранении показателя двулучепреломления.

П р и м е р ы 20-27. Способ изготовления оптических изделий тот же, что и в примерах 10-19, только соединение формулы I (пример 2, табл.1) помещают между стеклянным диском-оригиналом и стеклом совместно с акриловым мономером или смесью акриловых мономеров.

Составы композиций и их свойства приведены в табл.3.

Как следует из табл. 3, введение акриловых мономеров позволяет увеличить термостойкость формируемых полимеров. Кроме того, существенно улучшаются реологические свойства композиций.

П р и м е р ы 28-34. Способ изготовления оптических изделий тот же, что в примерах 20-27, только композицию 100 мас.ч. соединения формулы I (пример 2, табл.1) с 100 мас.ч. акрилового мономера (ММA) помещают между стеклянным диском-оригиналом и стеклом совместно с виниловым мономером или смесью виниловых мономеров.

Составы композиций и их свойства приведены в табл.4.

Как следует из табл.4, введение виниловых мономеров позволит повысить термостойкость полимеров.

П р и м е р ы 35-42. Способ изготовления оптических изделий тот же, что и в примерах 20-27, 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. Используют композицию 100 мас.ч. соединений формулы I (пример 2, табл.1) с 100 мас.ч. ММА совместно с фотоинициатором или смесью фотоинициаторов. Составы композиций и их свойства приведены в табл.5.

Как следует из данных табл.5, введение фотоинициаторов позволяет использовать источники УФ-излучения и соответственно сократить время отверждения композиций.

П р и м е р ы 43-50. Соответствуют примерам 35-42 с дополнительным введением в композицию 15 мас.ч. стирола. Свойства сведены в табл.6.

Как видно из данных табл.6, сочетание фотоинициаторов с соединениями формулы I, акриловыми и виниловыми мономерами позволяет достигнуть комплекса высоких реакционных способностей, оптических и термических свойств получаемых композиций.

П р и м е р ы 51-57. "Триплексное" стекло изготавливают следующим образом. Между 2-мя листовыми полированными стеклами толщиной 2-3 мм заливают слоем толщиной 1,0 мм композицию примера 45 с добавками промоторов адгезии. В результате УФ-отверждения получают стекла, удовлетворяющие требованиям ГОСТ. Соответствующие данные приведены в табл.7.

Введение промоторов адгезии позволяет улучшить адгезионные характеристики композиций без ущерба для остальных показателей.

П р и м е р 58. Изготавливают многослойное стекло посредством заливки композиции примера 53 (соединение формулы I примера 2 табл.1 100 мас.ч; метилметакрилат 100 мас. ч. стирол 15 мас.ч. метакрилат-диметилдиэтоксилан 3 мас. ч; 2,2-диметокси-1-фенилацетофенон 0,5 мас.ч.) в 0,5 мм зазоры между 4-мя листовыми полированным стеклами толщиной 2,0 мм и отверждением пакета стекол γ-излучением от источника С_о⁶⁰ дозой 30 нГр. Получают образец многослойного стекла с высокими физико-механическими характеристиками, термо- и морозостойкостью.

П р и м е р 59. Образец композиции примера 58 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. Формовочное 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, одна из которых является оптически прозрачной, метакрилового олигомера с последующим его отверждением, отличающийся тем, что в качестве метакрилового олигомера используют соединение общей формулы I

где


R₂ = -CH₂CH(CH₃)-; -(CH₂)₄; [-C(O)-(CH₂)₄- C(O)-O-(CH₂CH₂O-)₂];
R₃ = -(CH₂)₆;


n = 5 - 86.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение формулы I используют совместно с акриловым мономером, выбранным из ряда метилметакрилат, бутилметакрилат, гидроксиалкилметакрилат, изоборнилметакрилат, глицидилметакрилат, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Соединение формулы I - 100
Акриловый мономер или смесь мономеров - 40 - 400
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в исходную композицию вводят виниловый мономер, выбранный из ряда винилпирролидон, стирол, винилацетат или их смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Соединение формулы I - 100
Акриловый мономер или смесь мономеров - 40 - 400
Виниловый мономер или смесь мономеров - 5 - 25
4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в исходную композицию вводят фотоинициатор, выбранный 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, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Соединение формулы I - 100
Акриловый мономер или смесь мономеров - 40-400
Фотоинициатор или смесь фотоинициаторов - 0,1 - 15,0
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в исходную композицию вводят фотоинициатор, выбранный 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, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Соединение формулы I - 100
Акриловый мономер или смесь мономеров - 40 - 400
Виниловый мономер или смесь мономеров - 5 - 25
Фотоинициатор или смесь фотоинициаторов - 0,1 - 15,0
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в исходную композицию вводят промотор адгезии, выбранный из ряда метакрилатдиметилдиэтоксисилан, метакриламетилтриэтоксисилан, винил-, меркаптосиланы или их смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Соединение формулы I - 100
Акриловый мономер или смесь мономеров - 40 - 400
Виниловый мономер или смесь мономеров - 5 - 25
Фотоинициатор или смесь фотоинициаторов - 0,1 - 15,0
Промотор адгезии или смесь промоторов - 1 - 15

РИСУНКИ

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