Funktion und optimale Behandlung phototroper Kunststoff-Brillengläser

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Etwa neun Prozent der österreichischen Brillenträger nutzen die Vorteile selbsttönender Brillengläser. Die phototropen Linsen sind sowohl im Silikatbereich als auch im Kunststoffbereich erhältlich. Unsere Konsumenten wählen dabei bereits zu 60 Prozent die organische Variante. Im Bereich der phototropen, organischen Gleitsichtbrillen ist der Prozentsatz der Käufer am meisten im Steigen begriffen [1]. Erst in den letzten Jahren erreichten die organischen Ausführungen vergleichbare phototrope Eigenschaften wie ihre mineralischen Verwandten. Beim täglichen Beratungsgespräch ist deshalb ein umfassendes Wissen zu diesem Thema ein nicht zu verachtender Vorteil.

Entwicklungen

Selbstverfärbende Brillengläser gibt es bereits seit den 60er Jahren des vorhergehenden Jahrhunderts – damals nur als Silikatglas. An der Entwicklung dieser phototropen Gläser waren unter anderem auch A.L. Cohen und H.L. Smith beteiligt. Die Amerikaner Amistead und Stookey meldeten allerdings 1964 für die Firma Corning „the first photochromatic lens BESTLITE“ zum Patent an [2]. Die Verfärbung bei Silikatgläsern wird mittels Silberhalogenoide – Silberchromid und Silberbromid – erreicht. Mit zunehmender Stärke der UV-Strahlung zwischen 300 und 400 Nanometern kommt es zu einer Eindunklung dieser Baustoffe und damit zu einer Steigerung des Absorptionsgrades. Nimmt die UV-Strahlung ab, hellen die Gläser wieder auf. Das Wort „Phototrop“ kommt übrigens von den beiden griechischen Wörtern Phos (Licht) und Tropho (Ernährung). Um eine Eindunklung zu erreichen, muss also das Glas „mit Licht ernährt“ werden.

Die Geschwindigkeit und Intensität der Verfärbung ist auch abhängig von der Temperatur. Je geringer die Temperatur ist, desto schneller erfolgt der Eindunkelungsprozess und desto dunkler wird das Glas. Bei Bergtouren (hohe UV-Intensität) im Winter (tiefe Temperatur) verfärbt sich das Glas besonders schnell und dunkel. Der vom Konsumenten manchmal gewünschte „Vorhang-Effekt“ (sofortige Eintönung und Aufhellung) ist nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht zu realisieren.

Phototrope Kunststoffbrillengläser gibt es seit Mitte der 80er Jahre. Der Herstellungsprozess war jedoch von den Silikatgläsern nicht 1:1 auf die organischen Brillengläser übertragbar. Anfangs versuchte man wie beim Silikatglas Silberhalogenoide in das Kunststoffmaterial einzubetten. Dies brachte jedoch nicht den gewünschten Erfolg. Versuche mit Überfanggläsern brachte eine deutliche, unerwünschte Gewichtszunahme. Die Haftung am Grundglas war zudem nicht unproblematisch.

Wirkungsweise phototroper Kunststoffgläser

Schematische Darstellung der Indolino-Spironaphthoxazine, Grafik Zeiss

Zur Anwendung gelangen primär sogenannte Indolino-Spironaphthoxazine. Diese Moleküle verändern bei Kontakt mit ultravioletter und auch kurzwelliger, blauer Strahlung ihre chemische Struktur. Im Modell kann man sich die Wirkung so vorstellen, dass die Moleküle ohne Anregung sehr klein und nahezu unsichtbar sind. Die Indolino-Spironaphthoxazine-Moleküle machen sich lediglich durch eine geringfügige Grundtönung bemerkbar. Bei Bestrahlung vergrößern diese Moleküle immer mehr ihre Oberfläche – die Tönung wird sichtbar. Dadurch, dass die Kunststoffgläser zum Teil auch auf die kurzwellige, blaue Strahlung reagieren kommt es auch zu einer teilweisen Verfärbung hinter UV-absorbierenden Autoscheiben. Nimmt die UV-Strahlung wieder ab, gehen die Substanzen aufgrund einer Wärmebewegung der Moleküle in Folge auf ihre normale Form zurück. Die Hauptproblematik dieser Methode betrifft die Beweglichkeit der phototropen Moleküle, die im Brillenglasmaterial eingebettet sind. Um die verfärbende Wirkung voll entfalten zu können, musste zuerst eine Matrix entwickelt werden, in der sich die phototropen Bestandteile voll entfalten können [4]. Aufgrund dieser veränderten Matrix, sind phototrope Kunststoffgläser stärker kratzempfindlich als normale CR39 Kunststoffgläser. Dies ist der Grund warum diese Brillengläser nahezu immer mit einer Härtung ausgeliefert werden [5].

Kunststoffgläser mit phototropen Lack beschichtet

Im Gegensatz zu den Silikatgläsern sind bei dieser Methode die phototropen Moleküle nicht in der gesamten Glasmasse untergebracht, sondern in einer Schichttiefe von etwa 0,15mm Tiefe in der Vorderfläche der Brillengläser integriert. Die Substanzen werden erst in das Halbfabrikat – vor der Entspiegelung und Härtung – eingebracht. Da die phototrope Schicht über das ganze Brillenglas gleichmäßig dick eingebracht wird, ist die Verfärbung auch bei hohen dioptrischen Wirkungen über die gesamte Brillenglasfläche ohne Farbunterschiede garantiert. Einem in der Matrix abgewandelten CR39 wird Polyuretan (CR307) beigemengt. Danach werden die Gläser mit einem phototropen Lack besprüht oder in ein Bad eingetaucht. Zuletzt durchläuft das Brillenglas wie immer mehrere Reinigungsprozesse. Nachteile dieser Variante sind die geringe Lebensdauer und die geringe Abriebfestigkeit.

Kunststoffgläser mit phototropen Material in der Masse

Bei dieser Fertigungsart werden die phototropen Substanzen bereits beim Gießvorgang beigemengt. Die Anregerstrahlung dunkelt bei Verwendung nur die oberste Schicht der phototropen Substanzen ein, da diese die darunter liegenden Moleküle vor der Strahlung abschirmen. Der Effekt ist wieder eine relativ gleichmäßige Eintönung, auch bei hohen dioptrischen Werten. Sollte die oberste Schicht durch Alterungsprozesse nicht mehr eindunkeln, können die tieferen Schichten diese Aufgabe übernehmen. Die Lebensdauer kann so erhöht werden. Aufgrund der Massetönung fallen Kratzer auch nicht mehr als helle Streifen auf.

Die aufwendige Fertigung beider Varianten erklärt den Preisunterschied zu normalen Kunststoffgläsern. Abhängig von ihrer Art der Substanzen lassen sich phototrope Brillengläser in vielen unterschiedlichen Farben und Eintönungsbereichen fertigen. So finden sich im Angebot der Hersteller neben den klassischen Farben wie braun und grau auch Trendfarben wie z.B. blau, pink, gelb, orange und grün.

In letzter Zeit eroberten die verfärbenden Substanzen auch den Bereich der Premiumgläser wie hochbrechende, asphärische Kunststoffgläser und Werkstoffe wie Polycarbonat.

Optimale Behandlung von phototropen Kunststoffgläsern

UV Demonstrator

Einige verfärbende Kunststoffgläser sind zur Demonstration unter UV-Lampen nur bedingt bis gar nicht geeignet. Die Demolampen wurden ursprünglich für phototrope Silikatgläser konzipiert. Energie und Hitze können phototrope Schichten bei verfärbenden Kunststoffgläsern beeinträchtigen. Da die Verfärbung auch zumeist auf kurzwellige, blaue Strahlung reagiert, kann die Farbe der Tönung bei Belichtung mit einer herkömmlichen UV-Lampe verfälscht dargeboten werden.

Phototrope Kunststoffgläser können – je nach Hersteller und Materialart – ein wenig spröder als herkömmliche Kunststoffgläser sein. Beim Bohren und Einarbeiten der Brillengläser ist deshalb, insbesondere bei geringer Randdicke, etwas mehr Vorsicht angebracht. Die Verwendung eines scharfen Bohrwerkzeuges und das Entgraten der Bohrlöcher schützt gegen Bruch bei der Anfertigung einer Bohrbrille.

Bei extremer Hitzebelastung kann diese Brillenglasart beschädigt werden. Temperaturen über 60° Celsius sind zu vermeiden. Vorsicht ist demnach in der Werkstätte beim Ein- und Aussprengen der Gläser geboten. Konsumenten sollten Saunabesuche und die Ablage am Armaturenbrett eines aufgeheizten Autos mit dieser hochwertigen Brille unterlassen. Ein Kunde wird beim kompetenten Augenoptiker bereits vor dem Kauf über diese Vorsichtsmassnahmen aufgeklärt werden.

Phototrope Kunststoffgläser sollten außerdem nach Möglichkeit nicht voll eingetönt in das Etui zurückgelegt werden. Fehlt bei der Aufhellung der sichtbare Lichtanteil, können manche Arten von Gläsern eine ungewollt gelbliche Grundtönung einnehmen. Abhilfe schafft das neuerliche Eintönen und anschließende Aufhellen bei Tageslicht.

Die verfärbenden Brillengläser müssen im Normalfall verkehrs- und nachtfahrtauglich nach DIN EN ISO 14889 (Grundlegende Anforderungen an rohkantige fertige Brillengläser) sein. Die Brillengläser der hochwertigen Hersteller erfüllen diese Norm problemlos. Bedingt durch die unterschiedlich verwendeten Photosubstanzen, können zwischen Gläsern verschiedener Hersteller teilweise enorme Differenzen hinsichtlich Leistung und Lebensdauer der Phototropie bestehen. Als Fachoptiker liegt gerade hier die Stärke in der kompetenten Beratung der Konsumenten.

Quellen:
[1] Statistisches Zahlenmaterial, Rodenstock Österreich
[2] Handbuch zur Geschichte der Optik, Die Brille, E.-H. Schmitz
[3] Schematische Darstellung der Indolino-Spironaphthoxazine, Zeiss Austria
[4] Neuer phototroper Kunststoff, Der Augenoptiker, 12/99
[5] Was ist eigentlich ein phototropes Glas, DOZ, 01/99