DE1204048B

DE1204048B - Verfahren zum Aufbringen von kratzfesten, transparenten oxydischen Schutzschichten auf optischen Gegenstaenden, z. B. Brillenglaesern, aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Acrylharzen, durch Vakuumaufdampfen

Info

Publication number: DE1204048B
Application number: DEH41990A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Reichelt
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1961-03-11
Filing date: 1961-03-11
Publication date: 1965-10-28

Description

Verfahren zum Aufbringen von kratzfesten, transparenten oxydischen Schutzschichten auf optischen Gegenständen, z. B. Brillengläsern, aus therinoplastischen Kunststoffen, insbesondere Acrylharzen, durch Vakuumaufdampfen Zur Zeit werden in zunehmendem Maße optisch transparente Kunststoffe zur Herstellung von dioptrischen Bauelementen verwendet. Das hat verschiedene Vorteile, denn die Teile sind spezifisch leichter, frei von Blasen und billiger in der Verarbeitung, da für die Herstellung ein Gieß- oder Spritzgußverfahren angewendet werden kann. Außerdem lassen sich leicht auch Teile mit komplizierten Oberflächen herstellen.
Die verwendeten Kunststoffe haben allerdings unterschiedliche Oberflächenhärten; so haben z. B. Teile aus Di-allylglykolcarbonat eine sehr harte Oberfläche. An zweiter Stelle stehen Teile aus Methacrylharzen, deren Oberfläche durch einen zusätzlichen Polymerisationsprozeß gehärtet werden kann. Die Herstellung von Gegenständen gelingt hierbei allerdings nicht im Spritzgußverfahren, der billigsten Fabrikationsmethode.
Es erscheint deshalb wünschenswerte nach dem Spritzgußverfahren hergestellte Formteile aus thermoplastischen Kunststoffen, beispielsweise ophthalmologisch wirksame Brillengläser, nachträglich mit einer dünnen, trasparenten, die Reflexion nicht erhöhenden, harten, anorganischen Schutzschicht zu überziehen.
Dieses Problem wurde lange Zeit für unlösbar gehalten, da der Kunststoff einen anderen Ausdehnungskoeffizienten hat als die anwendbaren Schutzschichten und außerdem eine sehr dünne, harte Schicht auf einer weichen Unterlage keinen nennenswerten Schutz bieten kann. Wenn man aber z. B. eine dickere Quarzschutzschicht aufdampft, so reißt von einer bestimmten Dicke an die Schicht auf.
Es hat sich nun aber überraschend gezeigt, daß eine Angleichung der Eigenschaften des Acrylharzes an die Quarzschutzschicht gelingt, wenn zuerst eine dünne Aluminiumoxydschicht und auf diese dann eine Quarzschutzschicht bis zu einigen Mikron Dicke aufgedampft wird.
Es ist zwar bereits bekannt, Kunststoffe im Vakuum, und zwar auch mit Oxydschichten zu bedampfen, beispielsweise bei der Herstellung von Magnettonträgern, heizbaren Scheiben oder von Zierbelägen. Auch bei diesen Gegenständen spielen selbstverständlich Haftfestigkeit und Härte der aufgebrachten Schichten bereits eine Rolle. Die Anforderungen an einen vielbenutzten optischen Gegenstand, wie beispielsweise ein Brillenglas, sind aber viel höher, da bereits ein einziger Kratzer außerordentlich störend ist und den Gebrauchswert erheblich reduziert. Es war deshalb überraschend, daß durch das Verfahren gemäß der Erfindung gerade auf optischen Gegenständen Schichten erzeugt werden können, die den täglichen Beanspruchungen gewachsen sind und somit einen eindeutigen Fortschritt auf diesem Gebiet darstellen.
Das Verfahren zum Aufbringen von haftfesten, die Reflexion nicht erhöhenden, kraftzfesten Schutzschichten auf optischen Gegenständen, z. B. Brillengläsern, aus thermoplastischen Kunststoffen mit relativ weicher Oberfläche, insbesondere aus Acrylharzen, durch Aufdampfen von transparenten Oxydschichten im Vakuum ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine Haftschicht aus Al 203 in einer Schichtdicke von 0,01 bis 0,1 Mikron und sodann eine Schutzschicht aus Si02 in einer Schichtdicke von 0,5 bis 5 Mikron mittels Elektronenbeschuß aufgedampft wird, wobei die Elektronen in einem von dem Bedampfungsraum nur durch eine kleine öffnung in Verbindung stehenden Raum erzeugt werden.
Das Aufdampfen mittels Elektronenbeschuß ist insofern von Bedeutung, als bei der normalen thermischen Verdampfung Dissoziation der Oxyde und vor allem infolge zu langer Bedampfungszeiten durch die große Wärmestrahlung eine Deforräation des Kunststoffes auftritt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besitzt entscheidende Vorteile. Die Oxyde, die aufgedampft werden sollen, werden nur an einer kleinen Stelle von wenigen Millimetern Durchmesser erhitzt. Dadurch wird die starke Wärmestrahlung der sonst üblichen, hocherhitzten Schiffchen mit großer abstrahlender Fläche od. dgl. vermieden. Die Kunststoffoberfläche muß nur eine geringe Wärmestrahlung aufnehmen und bleibt selbst unversehrt. Es treten auch keine Gase in wesentlicher Menge aus.
Beim Schmelzen und Verdampfen der Oxyde sowie bei ihrem Auftreffen auf die Kunststoffoberfläche werden trotz aller Vorsichtsmaßregeln stets in geringen Mengen Gase frei. Diese Gase können die Kathode, die der Erzeugung der Elektronen dient, sehr leicht unbrauchbar machen. Die Elektronenerzeugung findet daher in einem Raum statt, der weitgehend vom Verdampfungsraum abgetrennt ist und auch im allgemeinen getrennt evakuiert wird. Damit können entstehende Dampfwolken nur zu einem ganz geringen Teil in diesen Elektronenerzeugungsraum eindringen. Die Elektronenerzeugung und damit die Bedampfung ist also sehr zuverlässig und über lange Zeiten betriebssicher.
Die örtliche Erhitzung des Verdampfungsmaterials durch Elektronenstrahlen führt zu einer Verdampfung praktisch ohne jede Zersetzung. Das bedeutet, daß die verwendeten Oxyde Al.0. und Si02 in dieser Form auf die Kunststoffoberfläche gelangen und dort kondensieren. Da sie sich in der höchsten Oxydationsstufe befinden, reagieren sie nicht mehr mit der Oberfläche und erzeugen dadurch auch keine Zersetzung der Oberflächenmoleküle, die mit einer starken Gaserzeugung verbunden wäre. Dies führt zu einer großen Haftfestigkeit der Schichten auf der Kunststoffoberfläche trotz deren Weichheit.
Die Haftfestigkeit dieser Schichten ist so groß, daß sie den praktischen Erfordernissen genügt. Dadurch werden Brillengläser, die einer sehr häufigen Beanspruchung durch -Putzen, Berühren usw. unterworfen sind, nicht mehr so schnell blind, wie es bisher war. Dies war auch bisher der Grund dafür, daß Sonnenschutzbrillen aus Kunststoff im allgemeinen nur so ausgebildet wurden, daß der Kunststoff in der Masse gefärbt wurde. Nunmehr ist es möglich, ophthalmologisch wirksame Brillengläser im Spritzgußverfahren herzustellen und durch das beschriebene Verfahren über praktisch beliebig lange Zeiten benutzbar zu machen. Auch für Sonnenschutzbrillen läßt sich das angegebene Verfahren verwenden. Dabei ist es nicht mehr nötig, die Gläser in ein Gestell einzusetzen; die Brillen können als Ganzes im Spritzgußverfahren hergestellt werden und zunächst mit den übergangsschichten versehen werden. Auf diese Schichten kann man dann, falls erwünscht, auch an sich bekannte Blendschutzschichten aufbringen.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum Aufbringen von haftfesten, die Reflexion nicht erhöhenden, kratzfesten Schutzschichten auf optischen Gegenständen, z. B. Brillengläsern, aus thermoplastischen Kunststoffen mit relativ weicher Oberfläche, insbesondere aus Acrylharzen, durch Aufdampfen von transparenten Oxydschichten im Vakuum, d a - durch gekennzeichnet, daß zuerst eine Haftschicht aus A120, in einer Schichtdicke von 0,01 bis 0,1 Mikron und sodann eine Schutzschicht aus SiO, in einer Schichtdicke von 0,5 bis 5 Mikron mittels Elektronenbeschuß aufgedampft wird, wobei die Elektronen in einem von dem Bedampfungsraum nur durch eine kleine Öffnung in Verbindung stehenden Raum erzeugt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 966 231, 973 771; deutsche Auslegeschriften Nr. 1054 247, 1072 451; deutsche Auslegesehrift L 13 792 VIII d/21 c (bekanntgemacht am 18. 10. 1956); schweizerische Patentschrift Nr. 322 265.