EINER EINFÄRBUNG UND EINER FUNKTIONSFÄRBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen eines Substrats mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung.

Selbsttönende Brillengläser, auch photochrome Brillengläser genannt, können auf UV- Licht reagieren. Je nach Intensität des auf das Brillenglas auftreffenden UV-Lichts tönt sich dieses dunkel oder hell. Das Eindunkeln bzw. Aufhellen des Brillenglases wird durch eine Funktionsfärbung ermöglicht, mit welcher das Brillenglas versehen ist. Die Funktionsfärbung wird hierbei durch einen photochromen Farbstoff hervorgerufen, welcher mit einer reversiblen Änderung seiner molekularen Struktur und damit auch seines Absorptionsverhaltens auf die Bestrahlung mit UV-Licht reagiert. Lässt die Bestrahlung mit UV-Licht nach, nimmt der photochrome Farbstoff wieder seine ursprüngliche molekulare Struktur und damit auch sein ursprüngliches Absorptionsverhalten an. Ein photochromer Farbstoff ermöglicht somit ein reversibles Hin- und Herschalten zwischen einer dunklen und einer hellen Tönung.

Neben der Funktionsfärbung kann das Brillenglas auch noch mit einer Einfärbung versehen sein. Durch das Einfärben wird dem Brillenglas ein bestimmter Farbton verliehen, was insbesondere bei Sonnenbrillen gewünscht ist. Im Gegensatz zur Funktionsfärbung kommen bei der Einfärbung Farbstoffe zum Einsatz, welche - abgesehen von ihren Absorptionseigenschaften - über keinerlei funktionale Eigenschaften verfügen und sinngemäß als nicht-funktionale Farbstoffe bezeichnet werden.

Bei den im Stand der Technik etablierten Herstellungsverfahren wird die Funktionsfärbung unmittelbar in das Glasmaterial eingebracht oder in Form einer zusätzlichen Schicht auf das Glasmaterial aufgebracht, beispielsweise durch Schleuderbeschichtung (engl. spin coating). Das Einfärben derartig vorbehandelter Glasmaterialien ist jedoch häufig nicht reproduzierbar. Zudem wird durch das Einfärben die Funktionsfär- bung beeinträchtigt, da die zur Eindunklung notwendigen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums vom nicht-funktionalen Farbstoff der Einfärbung absorbiert werden und damit dem photochromen Farbstoff der Funktionsfärbung nicht zur Verfügung stehen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches es erlaubt, ein Substrat neben einer Funktionsfärbung auch mit einer Einfärbung zu versehen, wobei das bereitzustellende Verfahren ein reproduzierbares Einfärben des Substrats ermöglichen soll, ohne dabei dessen Funktionsfärbung zu beeinträchtigen.

Die vorstehend gestellte Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Versehen eines Substrats mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung bereitgestellt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte (a) bis (c) in dieser Reihenfolge umfasst:

(a) Bereitstellen eines mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung zu versehenden Substrats, wobei das Substrat aus Kunststoffglas gefertigt ist und das Substrat eine erste Hauptseite und eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite mit konvexer Form aufweist,

(b) Aufbringen einer Einfärbung auf beide Hauptseiten des in Schritt (a) bereitgestellten Substrats, und

(c) Aufbringen einer Funktionsfärbung auf beide Hauptseiten des in Schritt (b) auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung versehenen Substrats durch Tauchbeschichtung, wodurch ein auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehenes Substrat erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein reproduzierbares Einfärben des Substrats, ohne dabei dessen Funktionsfärbung zu beeinträchtigen. Der Grund hierfür liegt in der spezifischen Abfolge der Verfahrensschritte. Da das Aufbringen der Funktionsfärbung nach dem Aufbringen der Einfärbung erfolgt, lassen sich die Nachteile, wie sie bei den im Stand der Technik etablierten Herstellungsverfahren auftreten, umgehen. Vorteilhafterweise ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Substrat beidseitig sowohl mit der Einfärbung als auch mit der Funktionsfärbung versehen, was nicht zuletzt aus ästhetischen Gründen wünschenswert ist.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Versehen eines Substrats mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung, welches in Figur 1 schematisch dargestellt ist, näher beschrieben:

In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung zu versehenden Substrats bereitgestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Substrat aus Kunststoffglas gefertigt. Kunststoffglas hat gegenüber Mineralglas den Vorteil, dass es eine geringere Dichte aufweist und damit bei gleicher Substratgröße leichter ist. Weiterhin weist Kunststoffglas gegenüber Mineralglas eine erhöhte Bruchsicherheit auf. Entsprechende Kunststoffmaterialien zur Fertigung von Kunststoffgläsern sind dem Fachmann bekannt. So kann das Substrat beispielsweise aus Polythiourethan, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyacrylat, Polydiethylenglycolbisallylcarbonat oder einer Kombination hiervon gefertigt sein, wobei prinzipiell auch andere transparente Kunststoffmaterialien verwendet werden können.

Das Substrat weist eine erste Hauptseite und eine der ersten Hauptseite gegenüberliegende zweite Hauptseite auf. Die erste Hauptseite des Substrats entspricht der Rückseite des späteren Brillenglases, welche dem Brillenträger zugewandt ist, während die zweite Hauptseite des Substrats der Vorderseite des späteren Brillenglases entspricht, welche vom Brillenträger weg zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die zweite Hauptseite des Substrats eine konvexe Form auf. Was die Form der ersten Hauptseite des Substrats anbelangt, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht weiter eingeschränkt. So kann die erste Hauptseite des Substrats beispielsweise eine konkave oder planare Form aufweisen, wie nachstehend näher beschrieben.

Handelt es sich bei dem in Schritt (a) bereitgestellten Substrat um ein Fertigteil, weist die erste Hauptseite des Substrats typischerweise eine konkave Form auf. Unter einem Fertigteil wird vorliegend ein Fertigerzeugnis verstanden, welches für einen vorbestimmten Zweck, etwa als Linse für ein Brillenglas, bereits unmittelbar eingesetzt werden kann. Ein Fertigteil ist also im Hinblick auf dessen spätere Verwendung bereits in eine abschließende geometrische Form gebracht. Die konkave Form der ersten Hauptseite des Substrats bedarf demgemäß keiner Flächenbearbeitung. Selbiges gilt für die konvexe Form der zweiten Hauptseite des Substrats.

Handelt es sich bei dem in Schritt (a) bereitgestellten Substrat um ein Halbteil, weist die erste Hauptseite des Substrats typischerweise eine planare oder konkave Form auf. Unter einem Halbteil, mitunter auch als "Blank” bezeichnet, wird vorliegend ein Halbfertigerzeugnis verstanden, welches sich von einem Fertigerzeugnis dahingehend unterscheidet, dass es für den vorbestimmten Zweck noch nicht unmittelbar eingesetzt werden kann. Ein Halbteil ist also im Hinblick auf dessen spätere Verwendung noch nicht in eine abschließende geometrische Form gebracht. Die planare oder konkave Form der ersten Hauptseite des Substrats bedarf demgemäß einer Flächenbearbeitung, um das Substrat an die späteren Erfordernisse, etwa in Bezug auf die gewünschte optische Wirkung, beispielsweise in Bezug auf die gewünschte Brechkraft, wie sie sich aus einer augenoptischen Verordnung ergibt, anzupassen. Zu diesem Zweck wird ein Teil des Substratmaterials von der ersten Hauptseite unter Ausbildung oder Beibehaltung der konkaven Form abgetragen. Nicht nur beim Fertigteil, sondern auch beim Halbteil entspricht die zweite Hauptseite des Substrats bereits der endgültigen optisch wirksamen Fläche. So bedarf also auch beim Halbteil die konvexe Form der zweiten Hauptseite des Substrats keiner Flächenbearbeitung.

Wird die planare oder konkave Form der ersten Hauptseite des Substrats einer Flächenbearbeitung unterzogen, wie dies bei einem Halbteil der Fall ist, findet diese vor Schritt (b) statt. Die Flächenbearbeitung ist gemäß der vorliegenden Erfindung nicht weiter eingeschränkt. Sie kann beispielsweise durch Fräsen, Schleifen, Polieren oder eine Kombination hiervon erfolgen. Grundsätzlich ist jedoch jede andere Form der Flächenbearbeitung denkbar.

In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einfärbung auf beide Hauptseiten des in Schritt (a) bereitgestellten Substrats aufgebracht. Die Einfärbung dient einzig dazu, dem Substrat einen bestimmten Farbton zu verleihen. Wie eingangs erwähnt, kommen hierbei Farbstoffe zum Einsatz, welche - abgesehen von ihren Absorptionseigenschaften - über keinerlei funktionale Eigenschaften verfügen, dementsprechend auch kein reversibles Hin- und Herschalten zwischen einer dunklen und einer hellen Tönung ermöglichen. Entsprechend sind nicht-funktionale Farbstoffe, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, nicht-photochrom. Im Stand der Technik sind verschiedene Klassen nicht-funktionaler Farbstoffe beschrieben. Häufig handelt es sich hierbei um Azo-Farbstoffe, Cyanin-Farbstoffe, Anthrachinon- Farbstoffe oder dergleichen, wie sie beim herkömmlichen Einfärben von Brillengläsern vielfach eingesetzt werden. Routinemäßig wählt der Fachmann einen geeigneten nicht-funktionalen Farbstoff oder ein Gemisch geeigneter nicht-funktionaler Farbstoffe aus.

Was das Aufbringen der Einfärbung in Schritt (b) anbelangt, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht weiter eingeschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Einfärbung in Schritt (b) durch Eintauchen des Substrats in ein Färbebecken, welches mindestens einen in einem flüssigen Medium gelösten oder dispergierten nicht-funktionalen Farbstoff enthält. Infolge des Eintauchens in das Färbebecken wird das Substrat vollumfänglich mit der Einfärbung versehen. Es werden also insbesondere beide Hauptseiten des Substrats mit der Einfärbung versehen. Das Färbebecken unterliegt keiner besonderen Beschränkung, solange es das Substrat mit einer Einfärbung versehen kann.

Das Färbebecken, welches Bestandteil einer herkömmlichen und für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbaren Färbeanlage sein kann, ist mit einem flüssigen Medium gefüllt. In diesem liegt der mindestens eine nicht-funktionale Farbstoff gelöst oder dispergiert vor. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann es sich bei dem flüssigen Medium um ein Wasserbad handeln. Um das Aufbringen der Einfärbung auf dem Substrat zu begünstigen, wird das flüssige Medium typischerweise auf eine Temperatur im Bereich von 60 bis 100°C, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 75 bis 95°C, erwärmt, wobei die einstellbare Erwärmungstemperatur des flüssigen Mediums nicht zuletzt von dessen Siedepunkt abhängt. Bei erhöhter Temperatur wird die Aufnahme des nicht-funktionalen Farbstoffs durch die Oberfläche des Substrats gefördert. Weitergehende Einzelheiten in Bezug auf den Färbeprozess in einem Färbebecken sind dem Fachmann bekannt.

Anhand der zeitlichen Dauer des Eintauchens lässt sich schließlich das Ausmaß der Farbstoffaufnahme steuern. Dabei gilt, dass das Ausmaß der Farbstoffaufnahme mit der zeitlichen Dauer des Eintauchens zunimmt. Mit zunehmendem Ausmaß der Farbstoffaufnahme nimmt wiederum die Transmission des in Schritt (b) auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung versehenen Substrats ab. Die gewünschte Transmission des Substrats, auch als Zieltransmission bezeichnet, lässt sich demnach in Schritt (b) gezielt einstellen, wodurch ein reproduzierbares Einfärben des Substrats ermöglicht wird.

In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Funktionsfärbung auf beide Hauptseiten des in Schritt (b) auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung versehenen Substrats aufgebracht. Im Ergebnis wird ein auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehenes Substrat erhalten. Die Funktionsfärbung dient dazu, dem Substrat eine bestimmte funktionale Eigenschaft zu verleihen. Liegt die funktionale Eigenschaft in einer reversiblen Änderung des Absorptionsverhaltens begründet, bedingt durch einen äußeren Stimulus wie etwa UV-Licht, kann die Funktionsfärbung durch mindestens einen photochromen Farbstoff hervorgerufen werden. Im Stand der Technik sind verschiedene Klassen photochromer Farbstoffe beschrieben. Häufig handelt es sich hierbei um Chromene, Viologene, Fulgide und Fulgimide sowie insbesondere auch um Spiroverbindungen wie Spirooxazine oder Spiropyrane, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Routinemäßig wählt der Fachmann einen geeigneten photochromen Farbstoff oder ein Gemisch geeigneter photochromer Farbstoffe aus.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Schritt (c) die Funktionsfärbung durch Tauchbeschichtung (engl. dip coating) aufgebracht, was in einer herkömmlichen und für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbaren Tauchbeschichtungsanlage erfolgen kann. Im Vergleich zur Schleuderbeschichtung, bei der zunächst nur eine der beiden Hauptseiten des Substrats mit einer Funktionsfärbung versehen wird, erfordert die Tauchbeschichtung einen wesentlich geringeren apparativen Aufwand. Naturgemäß wird bei der Tauchbeschichtung das Substrat vollumfänglich mit der Funktionsfärbung versehen. Es werden also insbesondere beide Hauptseiten des Substrats mit der Funktionsfärbung versehen. Wird die Funktionsfärbung durch mindestens einen photochromen Farbstoff hervorgerufen, wird das auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung versehene Substrat zweckmäßigerweise in einen Photolack, welcher den mindestens einen photochromen Farbstoff enthält, eingetaucht. Der Photolack bildet auf dem Substrat eine polymere Schicht aus. Diese wird von der sich darunter befindlichen Einfärbung nicht beeinflusst. Es kommt also zu keiner Beeinträchtigung der Funktionsfärbung durch das Einfärben.

Abgesehen von den Schritten (a) bis (c) kann das erfindungsgemäße Verfahren weiter einen Schritt des Aufbringens einer oder mehrerer Vergütungsschichten auf mindestens eine der beiden Hauptseiten des in Schritt (c) erhaltenen auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehenen Substrats, im Folgenden auch als Schritt (d) bezeichnet, umfassen. Sofern vorgesehen, wird Schritt (d) also im Anschluss an die Schritte (a) bis (c) durchgeführt, wobei üblicherweise beide Hauptseiten des Substrats vergütet werden. Typische Vergütungsschichten schließen Hartschichten, welche dem Schutz vor Kratzern dienen, Interferenz-ZEntspiegelungs- schichten, welche der Reflexminderung dienen, sowie Pflegeleichtschichten, mitunter auch als "Topcoat' ¹ oder "Cleancoat" bezeichnet, welche der Wasser- und Schmutzabweisung dienen, ein, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Dem Fachmann sind entsprechende Maßnahmen zum Aufbringen derartiger Vergütungsschichten bekannt. Das Aufbringen einer Hartschicht lässt sich beispielsweise durch Tauchbeschichtung erreichen, wobei dieselbe Tauchbeschichtungsanlage wie in Schritt (c) verwendet werden kann. Zu diesem Zweck wird das auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehene Substrat in einen Hartlack eingetaucht. Wird beim Aufbringen der Funktionsfärbung in Schritt (c) ein Photolack verwendet, kann es erforderlich sein, dass vor dem Vergüten in Schritt (d) überschüssige Reste des Photolacks an den Rändern des Substrats entfernt werden müssen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Substrat auf beiden Hauptseiten mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehen. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche beidseitig mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehene Substrat ist vielseitig einsetzbar und lässt sich beispielsweise als Linse für ein Brillenglas verwenden. Zur Einpassung in ein Brillengestell wird das Substrat dann noch randbearbeitet. Beschreibung der Figur:

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der in Figur 1 ebenfalls dargestellte Schritt (d) ist optional.

Liste der Bezugszeichen:

1 Substrat

11 erste Hauptseite des Substrats

12 zweite Hauptseite des Substrats

2 Einfärbung

3 Funktionsfärbung

Beispiel

Das nachstehende Ausführungsbeispiel dient der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.

Im Einklang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden Substrate beidseitig mit einer Einfärbung und einer Funktionsfärbung versehen. Bei der Einfärbung kamen unterschiedliche nicht-funktionale Farbstoffe wie Anthrachinon-Farbstoffe oder Azo- Farbstoffe zum Einsatz. Bei der Funktionsfärbung wurde hingegen stets der gleiche photochrome Farbstoff eingesetzt.

Als Substrate wurden aus Kunststoffglas gefertigte Halbteile mit einer ersten Hauptseite, welche eine planare Form aufwies, und einer zweiten Hauptseite, welche eine konvexe Form aufwies, bereitgestellt. Die erste Hauptseite der Halbteile wurde jeweils einer Flächenbearbeitung unterzogen. Diese erfolgte durch Schleifen, wodurch ein Teil des Substratmaterials von der ersten Hauptseite unter Ausbildung einer konkaven Form zum Erzielen der gewünschten optischen Wirkung abgetragen wurde. Anschließend wurden die flächenbearbeiteten Substrate in ein Färbebecken eingetaucht. Dieses enthielt in wässriger Lösung den jeweiligen nicht-funktionalen Farbstoff für die Einfärbung. Durch das Eintauchen in das Färbebecken wurden die Substrate beidseitig mit der Einfärbung versehen. Die zeitliche Dauer des Eintauchens wurde so gewählt, dass die Zieltransmission erreicht wurde. Der Färbeprozess fand bei einer Temperatur im Bereich von 60 bis 100°C statt.

Die beidseitig mit der Einfärbung versehenen Substrate wurden daraufhin in einen Photolack, weicher den photochromen Farbstoff für die Funktionsfärbung enthielt, eingetaucht, wodurch die Substrate auch beidseitig mit der Funktionsfärbung versehen wurden.

Sodann wurde auf beide Hauptseiten der beidseitig mit der Einfärbung und der Funktionsfärbung versehenen Substrate eine Hartschicht aufgebracht, was durch Eintauchen der Substrate in einen Hartlack erfolgte. Anschließend wurde hierauf noch eine Interferenz-ZEntspiegelungsschicht aufgebracht. Die so erhaltenen Substrate verfügten über alle erforderlichen Eigenschaften und stellten somit rohrunde Brillengläser dar, die sich zur Einpassung in ein Brillengestell schließlich noch randbearbeiten ließen.

Wie dem vorstehenden Ausführungsbeispiel entnommen werden kann, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ein reproduzierbares Einfärben des Substrats, ohne dabei dessen Funktionsfärbung zu beeinträchtigen.