DE102010006134A1

DE102010006134A1 - UV-absorbierendes Schichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010006134A1
Application number: DE102010006134A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Dr. 07751 Schulz; Christiane 07743 Präfke; Norbert Prof. Dr. 07745 Kaiser
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-30
Also published as: DE102010006134B4

Abstract

Es wird ein UV-absorbierendes Schichtsystem (4) angegeben, mit einer ersten Schicht (1), die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ1 aufweist, und einer der ersten Schicht (1) nachfolgenden zweiten Schicht (2), die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ2 aufweist, wobei λ1 > λ2 ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein UV-absorbierendes Schichtsystem, das insbesondere zum UV-Schutz von transparenten Kunststoffsubstraten wie beispielsweise Polycarbonat geeignet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Im Fahrzeugbau, in der Architektur, in der Optik oder in der Medizintechnik werden transparente Kunststoffe eingesetzt, die über lange Zeit UV-Strahlung, insbesondere durch Sonnenlicht, ausgesetzt sein können.
Ein häufig verwendeter transparenter Kunststoff ist beispielsweise Polycarbonat, das auch unter der Bezeichnung Bisphenol-A-polycarbonat oder unter der Abkürzung PC bekannt ist.
Eine Bestrahlung von Kunststoffen mit UV-Licht, insbesondere mit Sonnenlicht, kann chemische Modifizierungen im Volumen des Kunststoffs bewirken, die zu einer unerwünschten Vergilbung und zu Abbauvorgängen an der Oberfläche führen können. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass auf Polycarbonat aufgebrachte optische Schichten, die insbesondere zur Entspiegelung der Kunststoffoberfläche dienen können, durch UV-Bestrahlung ihre Haftung verlieren können. Die unerwünschten Effekte treten insbesondere bei einer Bestrahlung von Polycarbonat mit UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 350 nm und 400 nm auf.
Aus der Druckschrift US 6,455,442 B1 sind UV-absorbierende Schutzschichten auf der Basis von Hydroxyphenyl-s-triazinen bekannt, beispielsweise das UV-Absorbermaterial 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol, das auch unter dem Handelsnamen Tinuvin^® 1577 bekannt ist. Derartige organische UV-Absorber absorbieren UV-Licht bis zu einer Wellenlänge von etwa 380 nm.
Aus der Druckschrift U. Schulz, K. Lau, N. Kaiser, "Antireflection Coating With UV-Protective Properties For Polycarbonate", Applied Optics 47, C83–C87 (2008), sind Interferenzschichtsysteme zum Schutz von Polycarbonat vor UV-Strahlung bekannt, die UV-Licht auch im Bereich von 380 nm bis 400 nm blockieren können, da sie in diesem Spektralbereich eine hohe Reflexion aufweisen. Allerdings sind diese Schichtsysteme sehr komplex aufgebaut und bestehen typischerweise aus mindestens 15 Einzelschichten. Es hat sich herausgestellt, dass das anorganische Oxid ZnO eine ausreichend hohe Absorption im kritischen Spektralbereich von 350 nm bis 400 nm aufweist, wobei die Absorptionskante allerdings nicht sehr scharf ist, sodass auch noch im sichtbaren Bereich Absorption auftritt und die Probe gelb färben kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein UV-absorbierendes Schichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das sich durch eine verbesserte Beständigkeit gegen Vergilbung und Schichtablösung, ausgelöst durch UV-Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein UV-absorbierendes Schichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein UV-absorbierendes Schichtsystem eine erste Schicht, die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ aufweist, und eine der ersten Schicht nachfolgende zweite Schicht, die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist.
Die Absorptionskante des ersten organischen Materials liegt also bei einer größeren Wellenlänge als die Absorptionskante des zweiten organischen Materials, das in Wachstumsrichtung des Schichtsystems oberhalb des ersten organischen Materials angeordnet ist.
Die der ersten Schicht in Wachstumsrichtung des Schichtsystems nachfolgende zweite Schicht, die eine kurzwelligere Absorptionskante als die erste Schicht aufweist, schützt die erste Schicht vorteilhaft vor einem Teil der auftreffenden UV-Strahlung. Es hat sich herausgestellt, dass die erste Schicht in diesem Fall ein UV-absorbierendes organisches Material enthalten kann, das an sich keine ausreichende Beständigkeit gegen UV-Strahlung aufweist und somit als Einzelschicht zum UV-Schutz eines transparenten Substrats ungeeignet wäre, weil es beispielsweise vergilben würde.
Als das erste UV-absorbierende organische Material der ersten Schicht wird vorzugsweise ein Material verwendet, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ zwischen 380 nm und 420 nm aufweist. Vorzugsweise liegt die Absorptionskante des ersten UV-absorbierenden organischen Materials bei einer Wellenlänge von 390 nm oder mehr, besonders bevorzugt sogar bei einer Wellenlänge von 395 nm oder mehr.
Das zweite UV-absorbierende organische Material weist vorzugsweise eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ auf, die zwischen 370 nm und 390 nm liegt.
Als die Absorptionskante des ersten oder zweiten organischen Materials wird im Rahmen der Anmeldung im Zweifelsfall die größte Wellenlänge aus dem Bereich von 300 nm bis 450 nm verstanden, bei der die Transmission für UV-Strahlung im Fall einer 400 nm dicken Einzelschicht des organischen Materials nicht mehr als 20% beträgt.
Die Wellenlänge λ₁ der Absorptionskante des ersten Materials ist vorteilhaft um mindestens 10 nm größer als die Absorptionskante λ₂ des zweiten Materials. Bevorzugt liegt die Absorptionskante des ersten Materials mindestens 15 nm, besonders bevorzugt mindestens 20 nm über der Absorptionskante des zweiten Materials. Auf diese Weise wird erreicht, das die Absorptionskante des UV-absorbierenden Schichtsystems deutlich oberhalb der Absorptionskante einer Einzelschicht aus dem zweiten Material liegt, wodurch sich insbesondere die Langzeitbeständigkeit des Schichtsystems gegenüber Sonnenlicht verbessert.
Das UV-absorbierende Schichtsystem ist vorzugsweise auf ein transparentes Substrat, insbesondere auf ein Kunststoffsubstrat, aufgebracht. Das Substrat kann insbesondere ein optisches Element wie eine Linse, insbesondere ein Brillenglas, oder eine Scheibe sein. Besonders gut geeignet ist das Schichtsystem zum UV-Schutz eines Kunststoffsubstrats aus Polycarbonat.
Das UV-absorbierende Schichtsystem zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegen Vergilbung und Schichtablösung aus. Insbesondere ist die Beständigkeit des UV-absorbierenden Schichtsystems gegenüber Vergilbung und Schichtablösung besser, als sie im Fall einer Einzelschicht aus dem ersten oder dem zweiten organischen Material wäre. Durch die Kombination aus der ersten Schicht und der darüber angeordneten zweiten Schicht kann insbesondere ein UV-Schutz für Polycarbonat bis in einen Wellenlängenbereich von mehr 400 nm erzielt werden.
Die erste Schicht enthält vorzugsweise N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD), Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin.
Diese Materialien weisen organische Moleküle auf, die UV-Licht im Spektralbereich von 350 nm bis 400 nm noch wirksamer absorbieren als typischerweise zum UV-Schutz von transparenten Kunststoffen wie Polycarbonat verwendete Materialien. Bei diesen Materialien würde jedoch im Fall einer Einzelschicht auf einem transparenten Substrat eine langsame Degradation, insbesondere eine Vergilbung, auftreten. Deshalb würde man diese Materialien an sich nicht zum UV-Schutz von transparenten Substraten aus Polycarbonat, insbesondere optischen Elementen, einsetzen.
Die zweite Schicht enthält vorzugsweise ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidenemalonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin. Insbesondere kann die zweite Schicht 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360) oder 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol (Tinuvin^® 1577) enthalten.
Das UV-absorbierende Schichtsystem kann zusätzlich zu der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine oder mehrere weitere Schichten enthalten, bei denen es sich insbesondere um anorganische Schichten handeln kann. Die mindestens eine anorganische Schicht kann zum Beispiel ein Siliziumoxid wie SiO₂ oder ein Metalloxid wie beispielsweise Al₂O₃, Ta₂O₅ oder CeO₂ enthalten oder daraus bestehen.
Insbesondere kann eine anorganische Schicht zwischen einem Substrat, beispielsweise einem Kunststoffsubstrat aus Polycarbonat, und der ersten Schicht, die das erste organische Material enthält, angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine anorganische Schicht zwischen der ersten Schicht mit dem ersten organischen Material und der zweiten Schicht mit dem zweiten organischen Material angeordnet sein. Die anorganische Schicht kann in diesem Fall insbesondere als Diffusionsbarriere, als Haftvermittlerschicht und/oder zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Schichtsystems dienen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die mindestens eine anorganische Schicht oberhalb der ersten Schicht und der zweiten Schicht in dem UV-absorbierenden Schichtsystem angeordnet ist. In diesem Fall kann die mindestens eine anorganische Schicht, beispielsweise eine Schicht aus SiO₂, vorteilhaft als Schutzschicht für die darunter angeordneten Schichten, insbesondere die erste und zweite Schicht dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine anorganische Schicht Titanoxid oder Zinkoxid auf. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie UV-Licht zumindest teilweise auch bei Wellenlängen von weniger als 350 nm blockieren können und die mechanische Festigkeit des Schichtsystems erhöhen.
Die vorzugsweise in dem Schichtsystem enthaltene mindestens eine Titanoxid- oder Zinkoxid-Schicht ist vorteilhaft zwischen der ersten und der zweiten Schicht und/oder oberhalb der ersten und zweiten Schicht angeordnet. In diesem Fall wird insbesondere die erste Schicht, die das erste organische Material enthält, von der Titanoxid- oder Zinkoxid-Schicht vor UV-Strahlung geschützt und somit einer Degradation der ersten Schicht vorgebeugt.
Bei einer Ausführungsform besteht die erste Schicht aus dem ersten organischen Material und die zweite Schicht aus dem zweiten organischen Material, das heißt die erste Schicht und die zweite Schicht sind ausschließlich aus dem ersten bzw. zweiten organischen Material gebildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das in der ersten Schicht enthaltene erste organische Material und/oder das in der zweiten Schicht enthaltene zweite organische Material in ein anorganisches Material eingebettet. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei der Herstellung der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht das erste bzw. das zweite organische Material gleichzeitig mit einem anorganischen Material durch einen Vakuumverdampfungsprozess abgeschieden werden.
Bei dem anorganischen Einbettungsmaterial kann es sich insbesondere um ein Siliziumoxid wie SiO₂ oder um ein Metalloxid wie beispielsweise Al₂O₃, Ta₂O₅ oder CeO₂ handeln. Alternativ ist als Einbettungsmaterial auch ein Plasmapolymer geeignet, wie beispielsweise SiO_xR, das aus einem Monomer wie beispielsweise Hexamethyldisiloxan oder Tetraoxisilan hergestellt werden kann.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des UV-absorbierenden Schichtsystems werden die erste Schicht, die das erste organische Material enthält, und die zweite Schicht, die das zweite organische Material enthält, mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt. Die erste Schicht und die zweite Schicht können dabei vorteilhaft in einer Vakuumbeschichtungsanlage hergestellt werden, mit der auch weitere Schichten, insbesondere anorganische Schichten, aufgebracht werden können.
Bei der Herstellung des Schichtsystems werden zusätzlich zu der ersten und zweiten Schicht vorzugsweise eine oder mehrere anorganische Schichten aufgebracht, beispielsweise unmittelbar auf ein Substrat vor dem Aufbringen der ersten Schicht, zwischen dem Aufbringen der ersten Schicht und der zweiten Schicht oder nach dem Aufbringen der zweiten Schicht.
Vorteilhaft wird das gesamte Schichtsystem mittels Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt. Es ist möglich, dass dabei verschiedene Methoden der Vakuumbeschichtung angewendet werden. Beispielsweise können die anorganischen Schichten mittels Elektronenstrahlverdampfung und die organischen Schichten durch Verdampfung aus einem Tiegel mittels Widerstandsheizung hergestellt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des UV-absorbierenden Schichtsystems ist es auch möglich, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht durch gleichzeitige Verdampfung des ersten bzw. des zweiten organischen Materials und eines anorganischen Materials hergestellt werden. In diesem Fall wird das organische Material der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht also in ein anorganisches Material eingebettet. Bei dem anorganischen Material kann es sich insbesondere um ein Siliziumoxid oder um ein Metalloxid handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 7 näher erläutert.
Es zeigen:
1 bis 5 schematische Darstellungen von Querschnitten durch UV-absorbierende Schichtsysteme gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen,
6 eine grafische Darstellung der Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge für jeweils 400 nm dicke Einzelschichten der Materialien TiO₂, Tinuvin 360 und α-NPD sowie für ein UV-absorbierendes Schichtsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
7 die Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge vor und nach 480 Stunden UV-Bestrahlung für eine Einfachschicht aus α-NPD und eine mit Tinuvin 360 abgedeckte α-NPD-Schicht.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Das in 1 schematisch dargestellte UV-absorbierende Schichtsystem 4 enthält eine erste Schicht 1, die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält. Weiterhin enthält das Schichtsystem 4 eine der ersten Schicht 1 in Wachstumsrichtung des Schichtsystems 4 nachfolgende zweite Schicht 2, die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält.
Die erste Schicht 1 enthält ein erstes UV-absorbierendes organisches Material, das vorzugsweise eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ zwischen 380 nm und 420 nm aufweist. Die der ersten Schicht 1 nachfolgende zweite Schicht 2 enthält ein zweites UV-absorbierendes organisches Material, das bevorzugt eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ zwischen 370 nm und 390 nm aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist. Vorteilhaft ist λ₁ mindestens 10 nm, vorzugsweise mindestens 15 nm und besonders bevorzugt mindestens 20 nm größer als λ₂.
Die zweite Schicht 2 zeichnet sich vorteilhaft durch eine hohe Langzeitbeständigkeit gegenüber UV-Strahlung aus, insbesondere gegenüber der Bestrahlung mit Sonnenlicht. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die zweite Schicht 2 eine Schicht aus 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360). Alternativ kann die zweite Schicht zum Beispiel ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidene-malonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin, insbesondere 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxyphenol (Tinuvin^® 1577) enthalten.
Durch die in Wachstumsrichtung des Schichtsystems oberhalb der ersten Schicht 1 angeordnete zweite Schicht 2 wird die erste Schicht 1 vorteilhaft vor einem Teil der auftreffenden UV-Strahlung abgeschirmt. Für die erste Schicht 1 kann daher vorteilhaft ein UV-absorbierendes organisches Material verwendet werden, das als Einzelschicht nicht zum UV-Schutz eines transparenten Substrats 3 wie zum Beispiel Polycarbonat geeignet wäre, da es unter langfristiger UV-Bestrahlung vergilben würde. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht 1 eine Schicht aus N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD). Alternativ könnte die erste Schicht 1 zum Beispiel Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenyl-amino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin enthalten.
Es hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass eine Vergilbung der ersten Schicht 1 durch die nachfolgende zweite Schicht 2 vermindert wird, wobei die erste Schicht 1 vorteilhaft die Langzeitstabilität des gesamten UV-absorbierenden Schichtsystems 4 verbessert. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass sich die Stabilität des Schichtsystems 4 gegenüber Schichtablösung durch die Kombination aus der ersten UV-absorbierenden Schicht 1 und der zweiten UV-absorbierenden Schicht 2 gegenüber einem UV-absorbierenden Schichtsystem mit einer einzelnen UV-absorbierenden Schicht erheblich verbessern lässt.
Das Schichtsystem 4 wird vorteilhaft mittels Vakuumbeschichtungsverfahren auf ein Substrat 3 aufgebracht. Bei dem Substrat 3 handelt es sich bevorzugt um ein transparentes Kunststoffsubstrat, das insbesondere Polycarbonat (PC) aufweisen kann. Zusätzlich zu der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2, die jeweils UV-absorbierende organische Materialien enthalten, enthält das Schichtsystem 4 vorzugsweise mehrere anorganische Schichten 5, 6, 7.
Eine anorganische Schicht, zum Beispiel eine SiO₂-Schicht, ist beispielsweise als Grundschicht 5 zwischen dem Substrat 3 und der ersten Schicht 1 angeordnet. Eine weitere anorganische Schicht, zum Beispiel eine weitere SiO₂-Schicht, ist beispielsweise als Zwischenschicht 6 zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 angeordnet. Eine weitere anorganische Schicht, zum Beispiel eine weitere SiO₂-Schicht, kann auf der zweiten Schicht 2 angeordnet sein und fungiert vorteilhaft als Deckschicht 7 des Schichtsystems 4. Die in dem Schichtsystem 4 enthaltenen anorganischen Schichten 5, 6, 7 dienen insbesondere zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Schichtsystems 4 und zum Schutz der organischen Schichten 1, 2 vor Beschädigungen durch äußere Einflüsse.
Die bei dem ersten Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 angeordnete Zwischenschicht 6 kann beispielsweise die Funktion einer Diffusionsbarriere zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 haben oder die Haftung der Schichten untereinander verbessern.
Alternativ kann aber auch auf die Zwischenschicht 6 zwischen der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 verzichtet werden. In 2 ist ein solches Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die zweite Schicht 2 direkt auf der ersten Schicht 1 angeordnet ist. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Substrat 3 aus Polycarbonat und der ersten Schicht 1, die beispielsweise α-NPD enthält, und der zweiten Schicht 2, die beispielsweise Tinuvin 360 enthält, eine SiO₂-Grundschicht 5 angeordnet. Eine weitere SiO₂-Schicht fungiert als Deckschicht 7 für das Schichtsystem 4.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält wie das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ein Kunststoffsubstrat 3 aus Polycarbonat, auf dem das UV-absorbierende Schichtsystem 4 angeordnet ist. Das Schichtsystem 4 enthält eine Grundschicht 5, beispielsweise eine SiO₂-Schicht, und eine Deckschicht 7, bei der es sich beispielsweise ebenfalls um eine SiO₂-Schicht handelt.
Zwischen der auf dem Substrat 3 angeordneten Grundschicht 5 und der Deckschicht 7 sind die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 angeordnet, die jeweils UV-absorbierende organische Materialien enthalten. Im Gegensatz zum in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 aber keine rein organischen Schichten. Stattdessen weist die erste Schicht 1 ein anorganisches Einbettungsmaterial auf, in das das erste organische Material eingebettet ist. Bei dem Einbettungsmaterial kann es sich insbesondere um SiO₂ handeln. Alternativ wäre es auch möglich, dass das Einbettungsmaterial ein Metalloxid oder ein Plasmapolymer ist. Bei dem UV-absorbierenden Material der ersten Schicht 1 kann es sich wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen insbesondere um α-NPD handeln. Auch bei der zweiten Schicht 2 handelt es sich nicht um eine rein organische Schicht, sondern das organische Material der zweiten Schicht 2 ist in eine anorganische Schicht eingebettet, bei der es sich beispielsweise um SiO₂ handeln kann. Das organische Material kann beispielsweise Tinuvin 360 sein.
Die erste Schicht 1 und die zweite Schicht 2 werden bei dem Ausführungsbeispiel der 3 vorzugsweise durch gleichzeitige Vakuumverdampfung des organischen Materials und des anorganischen Einbettungsmaterials hergestellt. Auf diese Weise wird das organische Material in das anorganische Material eingebettet. Durch das Einbetten der organischen Materialien in anorganische Materialien kann insbesondere die mechanische Stabilität des Schichtsystems 4 vorteilhaft erhöht werden.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwischen der zweiten Schicht 2 und der Deckschicht 7 eine Metalloxidschicht 8 angeordnet ist. Die Abkürzung MeO_x steht für ein Metalloxid wie beispielsweise TiO₂, ZnO, Al₂O₃, Ta₂O₅ oder CeO₂. Durch die Metalloxidschicht 8 kann insbesondere eine verbesserte Absorption und/oder Reflexion von UV-Strahlung bei Wellenlängen < 350 nm bewirkt werden, wodurch sich die Langzeitstabilität des UV-absorbierenden Schichtsystems 4 weiter verbessert. Besonders geeignet sind Titanoxid (TiO₂) oder Zinkoxid (ZnO).
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines UV-absorbierenden Schichtsystems 4 dargestellt, das wie das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel aufgebaut ist. Das UV-absorbierende Schichtsystem 4 enthält auf einem Kunststoffsubstrat 3 aus Polycarbonat eine 100 nm dicke Grundschicht 5 aus SiO₂, eine 200 nm dicke erste Schicht 1 aus α-NPD, eine 400 nm dicke zweite Schicht 2 aus Tinuvin 360, eine 100 nm dicke Metalloxidschicht 8 aus TiO₂ und eine 100 nm dicke Deckschicht 7 aus SiO₂. Das Schichtsystem 4 wurde in einer Aufdampfanlage hergestellt, wobei die organischen Materialien der ersten Schicht 1 und der zweiten Schicht 2 durch Vakuumverdampfung mittels Widerstandsheizung aus einem Tiegel aufgebracht wurden. Die anorganischen Schichten 5, 7, 8 wurden mittels Elektronenstrahlverdampfung hergestellt. Während des Beschichtungsprozesses können die Schichtdicken der aufgebrachten Schichten beispielsweise mittels eines Schwingquarzes monitoriert werden. Das gesamte UV-absorbierende Schichtsystem 4 kann vorteilhaft in einer einzigen Vakuumbeschichtungsanlage hergestellt werden. Das Substrat 3 muss also zur Herstellung des gesamten UV-absorbierenden Schichtsystems 4 vorteilhaft nicht zwischen mehreren Beschichtungsanlagen transferiert werden, wodurch der Herstellungsaufwand für das Schichtsystem vergleichsweise gering ist.
In 6 ist die Transmission der in dem Ausführungsbeispiel der 5 verwendeten Materialien, die diese als 400 nm dicke Einzelschicht aufweisen, sowie die Transmission des in 5 dargestellten Schichtsystems 4 als Funktion der Wellenlänge λ im Bereich von 350 nm bis 500 nm dargestellt. Die erste Schicht 1 aus α-NPD (Kurve 9) weist eine Absorptionskante bei etwa 400 nm auf. Die zweite Schicht 2 aus Tinuvin 360 (Kurve 10) weist eine Absorptionskante bei etwa 380 nm auf. Durch die in dem Schichtsystem enthaltene erste Schicht 1 ist die Absorptionskante des gesamten Schichtsystems (Kurve 12) gegenüber einer Einzelschicht, die nur das zweite Material enthält (Kurve 10), zu einer größeren Wellenlänge hin verschoben. Insgesamt wird dadurch ein besserer UV-Schutz und insbesondere eine verbesserte Beständigkeit des Schichtsystems gegen Schichtablösung erzielt. Durch die ferner in dem Schichtsystem enthaltene TiO₂-Schicht (Kurve 11) wird insbesondere UV-Strahlung mit Wellenlängen von unter 350 nm blockiert, wodurch sich die Beständigkeit des Schichtsystems weiter verbessert.
In 7 ist die Transmission einer Einfachschicht aus α-NPD vor (Kurve 13) und nach (Kurve 14) 480 Stunden UV-Bestrahlung dargestellt. Weiterhin ist die Transmission eines Schichtsystems aus einer α-NPD-Schicht und einer nachfolgenden Tinuvin 360-Schicht vor (Kurve 15) und nach (Kurve 16) 480 Stunden UV-Bestrahlung dargestellt. Bei der Einfachschicht aus α-NPD bewirkt die UV-Bestrahlung eine erhebliche Verminderung der Transmission im blauen Spektralbereich. Dies kann sich durch eine Vergilbung der Probe bemerkbar machen. Bei dem Schichtsystem mit der zusätzlichen zweiten Schicht aus Tinuvin 360 ist die Veränderung der Transmission durch die UV-Bestrahlung vorteilhaft wesentlich geringer als bei der nicht abgedeckten Einfachschicht aus α-NPD.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6455442 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

U. Schulz, K. Lau, N. Kaiser, ”Antireflection Coating With UV-Protective Properties For Polycarbonate”, Applied Optics 47, C83–C87 (2008) [0006]

Claims

UV-absorbierendes Schichtsystem (4), umfassend – eine erste Schicht (1), die ein erstes UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₁ aufweist, und – eine der ersten Schicht (1) nachfolgende zweite Schicht (2), die ein zweites UV-absorbierendes organisches Material enthält, das eine Absorptionskante bei einer Wellenlänge λ₂ aufweist, wobei λ₁ > λ₂ ist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach Anspruch 1, wobei 380 nm ≤ λ₁ ≤ 420 nm ist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei 370 nm ≤ λ₂ ≤ 390 nm ist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Δλ = λ₁ – λ₂ ≥ 10 nm ist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (5) auf ein Kunststoffsubstrat (3) aufgebracht ist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach Anspruch 5, wobei das Kunststoffsubstrat (3) Polycarbonat aufweist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (1) N,N'-Di(naphth-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (α-NPD), Tetra-N-phenylbenzidine (TPB), N,N'-Bis-(3-methylphenyl)-N,N'diphenylbenzidine (TPD), 1,3-Bis-(4-(4-diphenylamino)-phenyl-1,3,4-oxidiazol-2-yl)-benzene, 4,4',4''(Tris(N,N-diphenylamino)-triphenylamin oder 4-(2,2-Bisphenyl-ethen-1-yl)-triphenylamin enthält.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (2) ein 2-Hydroxybenzophenon, einen Zimtsäureester, ein Benzylidene-malonat, ein Oxalanilid, ein 2-Hydroxyphenylbenzotriazol oder ein Hydroxyphenyltriazin aufweist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (2) 2,2'-Methylenebis(6-(2H-benzotriazol-2-yl)-4-1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenol (Tinuvin^® 360) oder 2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol (Tinuvin^® 1577) enthält.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (4) mindestens eine anorganische Schicht (5, 6, 7, 8) enthält.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine anorganische Schicht (8) Titanoxid oder Zinkoxid aufweist.
UV-absorbierendes Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in der ersten Schicht (1) enthaltene erste organische Material und/oder das in der zweiten Schicht (2) enthaltene zweite organische Material in ein anorganisches Material eingebettet ist.
Verfahren zur Herstellung eines UV-absorbierenden Schichtsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Schicht (1), die das erste organische Material enthält, und die zweite Schicht (2), die das zweite organische Material enthält, mit einem Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt werden.
Verfahren zur Herstellung eines UV-absorbierenden Schichtsystems nach Anspruch 13, bei dem das Schichtsystem (4) eine oder mehrere anorganische Schichten (5, 6, 7, 8) enthält und das gesamte Schichtsystem (4) mittels Vakuumbeschichtungsverfahren hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines UV-absorbierenden Schichtsystems nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die erste Schicht (1) und/oder die zweite Schicht (2) durch gleichzeitige Verdampfung des ersten bzw. zweiten organischen Materials und eines anorganischen Materials hergestellt werden.