专利名称：防雾塑料透镜材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及防雾技术，特别是涉及涂布聚酯膜使之具有防雾性而且得到防雾透镜材料的方法。
保护用面罩包括含有透镜的结构，如罩上眼睛的、而又提供适宜视觉灵敏度的面具和风镜，它们用于各种场合。这包括在制造或工业环境、实验室、各种教育活动、家庭和庭园作业中和医用，如手术中用于对眼睛的保护。
就医用而言，人们是凭借眼睛才知道了病毒、细菌和其它微生物在人体内的活动场所。保护眼睛意味着不只是保护视力不受损失，而更为重要的是要对潜在的严重或甚至致命的疾病的进入提供一个阻挡层，这在医疗实践中，例如，在暴露患者血液和其他体液的手术中是可以预料到的。例如，在整个群体中的后天免疫缺陷综合症(AIDS)的增加以及目前缺乏已知的治疗手段已经增加了这种危险性，该危险性是感染的患者或他们的血液将通过其眼睛将病毒传染给医务工作者。
就医疗透视而言，人们所希望的适宜的面罩、风镜或其他的透镜的特点是可方便地在卫生条件下使用。使风镜或面具处于卫生条件下的最简单的方法是在无菌条件下制造，一经使用就对其进行处置。因此，理想中的面具和风镜，应该是用价格低至足以能够在实践中进行处置的材料来制备。这类材料中的一种是聚酯。当采用适宜的已知制备工艺和设备时，则聚酯是透明的，其刚性足以能成形为适宜的形状。具有光学透明性，柔软到足以能成形为质地轻的、舒适的面具、风镜和类似的透镜结构。而且，正如广泛用于处置的食品包括所证明的那样，聚酯是一种价格相当低的材料。而且回收也是方便的。因此由聚酯成形的风镜或面具，以足以被认为是可以处置的低的价格而提供了适宜的保护。
然而，使用包括透镜装置所存在的一个问题是结雾的问题。一般，当表面的温度降到周围室内空气露点以下时，在表面上就会结雾。就透镜而言，带风镜或面具的人的头和眼睛的透镜部分的表面附近有结雾的趋势。由于排汗或在眼睛和透镜之间的温热了空气(即使看不见也是如此)的原故，使透镜和使用者之间存在的湿度有在该透镜的内表面上冷凝的趋势。如果透镜材料是疏水性的，此冷凝的水分将不湿润其表面，而将形成小水滴。长时期观察会发现，这些水滴衍射光线使其能足以干扰带面具或透镜的人的视线，甚至挡住了视线。在精细工作中需要视觉灵敏度高，其中，有时由于医疗原因需要在相当低的温度下进行的场所，特别希望能避免结雾。例如，为了有助于降低患者的新陈代谢，有些手术操作需要在低至10℃(50°F)的环境温度下进行。
虽然上面讨论的许多性质，聚酯是合适的，但它是一种疏水性材料，会结雾。因此，为了使聚酯能适于作为医疗和其他这样的使用场合下的透镜材料，必须应用降低结雾或者消除结雾的某些技术。
一种为了避免或消除结雾的典型方法是，在疏水基材中加入某种类型的亲水涂层。当湿气在疏水性表面冷凝时，则会有润湿表面而不在表面形成液滴的趋势。这样，该润湿的表面常常透明到足以能防止因通过透镜而减少视线的因素。
在其他的方法中，疏水性防雾涂层已用于透镜，以试图使水蒸汽完全避免与透镜接触。令人遗憾的是，这种技术具有的基本效果，只是不让大的水滴形成，这同结雾一样，同样是所不希望。
此外，即使是亲水性涂层，也存在某些问题。一般表现出下列问题，即光的清晰度差、龟裂、有条纹或模糊、发乳白色光，难于粘接于基质物上，有油表面，并且均匀涂布困难等。
许多其它的方法，包括使用硅氧烷化合物作为防雾剂，但这种方法本身有许多问题，如对于可处置的物品而言，此种方法相当昂贵。其他的化合物不溶于适当的涂料溶剂中，这样，使用起来就有困难。
一个潜在的、优秀的亲水涂料是聚乙烯醇(PVOH)。正如已知的与该化合物相类似的那一类化合物一样，聚乙烯醇是以由乙酸乙烯酯聚合反应之后再进行水解作用而形成醇官能团的方法来制备的。
然而，聚乙烯醇一般不粘附于通常的透镜基质物上，如聚酯。聚羧酸酯、丙烯酸或纤维素薄膜上。这种粘合力的缺乏就限制了聚乙烯醇的使用及其所呈现的优点。
因此，为了增加聚乙烯醇对聚酯一类基质物的亲合力，已进行了各种改性。例如，通过某种方法把其他官能团加到此聚合物骨架上以设法增加对此基质物的亲合力。然而，由于聚乙烯醇化学性质的改变，其亲水性也将随之改变。而作为其防雾材料的效果也变小或受到了破坏。
曾偿试用其它的方法，即将润湿剂或表面活性剂加到此聚乙烯醇中，但是只有当这些材料涂布到聚酯表面时才有效，而在这样做时，呈现出含油性的情况，而该含油性情况反而又增加了光学性问题。一般，含这类表面活性剂的透镜材料会产生一般所不能接受的外观上的斑点。
制备这种基质物的其他方法也同样来得到所希望的结果，这种方法包括，对基质物进行电晕放电处理，或对涂层和底涂层进行电晕放电处理。然而，由于一般底涂层对基质物的吸着力差，光学性质差，或由于这两种原因兼而有之，因此这些技术均未获得成功。
因而，仍需要用廉价的材料，如用聚酯材料以形成保护风镜，面具或玻璃用透镜材料，能使上述透镜材料能用廉价的防雾材料，如聚乙烯醇来涂布，并且在该聚乙烯醇和该聚酯之间呈现有所需要的粘合力，同时在用于所要求的环境中时，又能维持所需要视觉清晰度和物理稳定性。
本发明通过提供防雾塑料薄膜而实现上述目的，该防雾塑料薄膜结构由聚酯基质物、及在聚质基质物上的含聚偏二氯乙烯的聚合物层、及在该含有聚偏二氯乙烯层上的可渗透水的胶体层，及在该可渗透水的胶体层上的聚乙烯醇层所形成。
根据参照附图对本发明作的详细说明(该说明包括了优选的实施方案)，就会清楚的了解本发明的上述目的及其它目的，及本发明的优点及完成本发明的相同方法。
图1是根据本发明的防雾聚酯结构的剖视图。
本发明提供了特别适用作为可处置的抗结雾性透镜的防雾塑料透镜材料。附图1对本发明作了说明，其中透镜结构由标有10的图来说明。形成透镜的材料有基本上透明的聚酯基质物11、在该聚酯基质物11上的含聚偏二氯乙烯的聚合物层12、在含聚偏二氯乙烯的层12上的可渗透水的胶体层13，及在可渗透水的胶体层上的含聚乙烯醇层14。
在优选实施方案中，例如，在可处置的风镜或面罩所使用的透镜中，该聚酯基质物的厚度为在0.1-0.2mm(4-7密耳)之间，(1密耳＝0.001英寸)。市场上的具体产品中，这种聚酯基质物是作为商品名“nominal”其厚度为1密耳至7密耳而出售，该厚度与精确的4或7密耳的厚度略为不同。
含聚偏二氯乙烯的层12，优选含有至少35%重量的聚偏二氯乙烯(PVDC)。作为已知的与这类材料聚偏二氯乙烯相似的那类材料是由1，1-二氯乙烯所形成的聚合物或由1，1-二氯乙烯与少量的其他不饱和的化合物的共聚合作用形成的聚合物。1，1-二氯乙烯是一分子式为C2H2Cl2的无色液体，其中在在乙烯中的一个碳原子上的两个氢原子被氯原子所取代。如果使用一种与聚偏二氯乙烯一起使用的聚合物的话，则该聚合物可选自下述一组聚合物;丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、硝酰聚合物、衣康酸(亚甲基琥珀酸)聚合物，聚异氰酸酯及聚异硫代氰酸酯。一般而言，含PVDC层的优选厚度约为1μ，换言之，应足以能承受胶体层13和聚偏二氯乙烯层14，而无任何不必要的过量及不影响此透镜的光学或物理性能。
可渗透水的胶体层13优选包括明胶。正如一般用于本领域的明胶那样，该术语“明胶”是用煮沸皮、韧带、腱等使胶原蛋白水解而制得的蛋白质混合物。A型明胶是由酸处理原材料所制得的，而B型则由碱处理原材料所制得的。明胶是强亲水性的，吸附水达到它重量的十倍形成高强度和高粘性的可逆的凝胶体。在本发明的优选实施方案中，明胶层厚度约1μ。对于其他层而言，其厚度，从其所起的作用来讲，应足以提供粘合功能，而薄到应能避免对必要的性能，如柔性、透明性和其他光学性能参数的干扰。如果其厚度比具有适宜作用的厚度厚，则仅仅是过多地和不必要地使用了胶体。
含聚乙烯醇的层14，一般还包括聚醋酸乙烯酯。同聚乙烯醇一起的聚醋酸乙烯酯的存在是本领域的普通技术人员众所周知的，并且由此涉及到制备聚乙烯醇的方法;该方法即，聚醋酸乙烯酯的水解作用以形成醇官能团。由于状态不同，所以聚乙烯醇不以单体形式而生成，这样，一般通过水解聚醋酸乙烯酯而形成了聚乙烯醇。如在水解小于100%(正如一般情况那样)的程度时，则剩下的聚合物则是聚醋酸乙烯酯。在优选实施方案中，含聚乙烯醇层的平均分子量为每摩尔11，000-110，000克之间，水解了的量大约在80-99%之间。在最优选的实施方案中，聚乙烯醇层至少是87%的水解了的量。
在优选实施方案中，含聚乙烯醇层具有的厚度大约在2.5-12.7μ(0.1-0.5密耳)之间。一般，含聚乙烯醇的层能够提供抗结雾特性质的任何适宜的厚度，而一般大于13μ(0.5密耳)是太厚了，几乎没有提供什么性能或者没有附加的功能价值。
在另外实施方案中，本发明包括制备一种特别适用于可处置抗结雾透镜的防雾塑料材料的方法，在另一方面中，该方法包括将含有聚乙烯醇的聚合物层涂布于聚酯基质物的表面上，该表面含有在聚酯基质物层上的聚偏二氯乙烯，并且在该含聚偏二氯乙烯的层上有可渗透水的胶体层。在优选实施方案中，所涂布的含聚乙烯醇的聚合物是取自聚乙烯醇酯的水溶液。
如上所述，聚乙烯醇一般是由聚醋酸乙烯酯来制得。因此，在将含聚乙烯醇的聚合物涂布于在聚酯基质物表面上的含聚偏二氯乙烯层上之前，本发明的方法另外还包括两个步骤，即，醋酸乙烯酯的聚合反应和接着将所得到的聚醋酸乙烯酯进行的水解反应，如上所指明的，当聚醋乙烯酯这样进行水解时，优选的方法是使聚醋酸乙烯酯水解生成大约含80%和90%之间的聚乙烯醇。
可用任何适宜的方法来涂布该含聚乙烯醇的聚合物。一般方法包括辊涂、轮转涂布、刮涂和Mcyer棒涂。目前优选缝模涂布。在这一方法中，是将含聚乙烯醇的聚合物，以水溶液形式，在约0.9kg(2磅)/每令的比例涂布于基质物上，这相当于2.5μ(0.1密耳)厚度。该含聚乙烯醇溶液的固体含量大约为1%-20%。当该聚乙烯醇水溶液的固体含量为约5%和10%时，可以获得最好的结果。该水溶液可以优选的含有少量(如10%)低级脂族醇，如乙醇、甲醇、正丙醇或异丙醇。这类醇有助于润湿基质物并防止在所涂布和干燥之前，在该润湿介质中的霉菌的生长。
本发明还包括采用以分段式为基础的方法包括将聚偏二氯乙烯层(PVDC)涂布于聚酯基质物上，然后再把可渗透水的胶体层涂布于含PVDC的层上。最后再将聚乙烯醇涂布在PVDC层上面的可渗透水的胶体层上。
对制备具有PVDC的聚酯薄膜和在其上的胶体层的方法是本领域所公知的并可以以Alles的U.S2，779，684作为具体实例，该美国专利将结合于本发明以作为参照。此外，用1，1-二氯乙烯涂复的聚酯基质物可以由公司为DupontdeNemoursE.I.Co.，Wilnrington，Delaware19898的商标为CRONAR的产品来得到，特别是，发现，最适宜的CRONAR种类是所得到的商标为CRONAR-P的型号。
实施例于250ml烧杯中放入150g自来水并加热到170°F(77℃)，在连续搅拌下加入15.1gALRVOL203聚乙烯醇(由AirProductsandChemicals出售，7201HamiltonBlvd.，AllentownPA18195)直至全部溶解(约30分钟)。让此溶液冷却到90°F(32℃)，然后加入26.1g异丙醇。过滤此溶液以除去任何杂质。用16＃Mcyer棒，采用压降法把该溶液涂布于0.18mm(0.007英寸)厚的CRONARP72的聚酯膜(由Dupont生产)上。在200°F(93℃)下，在空气烘箱中，对经涂布的基质物进行干燥2分钟，以除去溶剂。
所得到的产品呈现出防雾状度值为0.2的优异的光学透明性。为证明其防雾性能，把该经过涂布的一侧朝下放置于盛有100g的温度为150°F(65℃)的水的烧杯上，时间为至少1分钟，则水不能在其表面上呈现模糊状或结雾。
按ASTMB449所述的横向切口带实验方法，用600＃胶带(Scctch牌)对该基质物的涂布粘合性能进行实验，使用这一实验方法表明，该涂层不能从基质物上被除去。
在附图和说明书中已对本发明的优选实施方案作了一般的介绍，虽然使用了具体的术语，但它们仅作一般意义上的描述，而不能认为是作为对下列本发明的权利要求范围的限制。
权利要求
1.一种防雾塑料透镜材料，该材料包括一种基本上透明的聚酯基质物；一种在该聚酯基质物上含有聚偏二氯乙烯的基本上透明的聚合物层；一种在该含有聚偏二氯乙烯层上含有基本上透明的可渗透水的胶体层；和一种在该可渗透水的胶体层上含有基本上透明的聚乙烯醇层。
2.根据权利要求1所说的防雾透镜材料，其中，该含聚乙烯醇层还包括聚醋酸乙烯酯，并且该可渗透水的胶体层包括明胶。
3.根据权利要求1所说的防雾透镜材料，其中，该含聚偏二氯乙烯层包含至少35%重量的聚偏二氯乙烯。
4.根据权利要求1所说的防雾透镜材料，其中，该含聚偏二氯乙烯层包括选自由丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、腈类聚合物、衣康酸(亚甲基琥珀酸)聚合物、聚异氰酸酯和聚异硫代氰酸酯所组成的一组聚合物中的聚合物。
5.根据权利要求1所说的防雾透镜材料，其中该含聚乙烯醇层具有的平均分子量为每摩尔11，000-110，000，并且是含80-99%之间的水解了的产物。
6.根据权利要求1所说的防雾透镜材料，其中该含聚乙烯醇层具有的厚度约为0.1-0.5密耳，该含聚偏二氯乙烯层厚度约为1μ;该可渗透水的胶体层具有厚度约为1μ;和该聚酯基质物约为4-7密耳厚。
7.一种制备特别适宜作可处置的抗结雾透镜的防雾塑料材料的方法，该方法包括在聚酯基质物上涂布一层含聚偏二氯乙烯的聚合物;在该含聚偏二氯乙烯层上涂布-可渗透水的胶体层;在该含聚偏二氯乙烯层上的该可渗透水的胶体层上，涂布一含聚乙烯醇的聚合物层。
8.一种根据权利要求7所说的方法，该方法还包括在足以能干燥该聚合物而又避免对所得透镜材料的防雾性能有任何不利影响的温度下，对该基质物和涂布的涂层进行加热一定时间以使该聚酯基质物上涂布的含聚乙烯醇聚合物层干燥的步骤。
9.根据权利要求7所说的方法，其中，所说的涂布含聚乙烯醇聚合物的步骤包括涂布含约10%低级脂族醇的聚乙烯醇水溶液。
10.根据权利要求7所说的方法，该方法，还包括在将含聚乙烯醇聚合物涂布在该聚酯基质物表面上的含聚偏二氯乙烯层上的步骤之前的醋酸乙烯酯的聚合反应，及将所得到的聚醋酸乙烯酯进行水解使用以形成聚乙烯醇等的步骤。
11.根据权利要求7所说的方法，其中，该涂布含聚乙烯醇聚合物的步骤选自由辊涂、轮转涂、刮涂，缝模涂布和Meyer棒式涂布所组成的一组涂布步骤。
12.根据权利要求7所说的方法，其中，该涂布含聚偏二氯乙烯层的步骤包括用蒸汽积附以对该层进行涂布。
13.根据权利要求7所说的方法，其中所说的涂布可渗透水的胶体层步骤包括用蒸汽积附对该层进行涂布。
全文摘要
本发明公开了一种特别适宜做可处置的抗结雾透镜的防雾塑料材料。此透镜材料包括基本上透明的聚酯基质物在该聚酯基质物上的一层含聚偏二氯乙烯的聚合物层；在该聚偏二氯乙烯层上的一可渗透水的胶体层；和在此可渗透水的胶体层上的一含聚乙烯醇的层。
文档编号B05D7/00GK1090054SQ9311988
公开日1994年7月27日 申请日期1993年12月18日 优先权日1992年12月18日
发明者J·H·埃文斯 申请人:雷克斯哈姆工业有限公司