专利名称：光致变色的树脂镜片的制造方法及其镜片的制作方法
该项发明涉及到变色的树脂镜片的生产。
眼镜在发展的初期，其使用的玻璃的折射率均为1.5230，例如克司、克赛、UV片等。随着光学玻璃的不断发展，高折射率的材料也较多地被应用到眼镜的制作上来以减轻其重量，象近年来出现的多种超薄镜片就是这种应用的力证。在眼镜的使用过程中有许多新的要求，比如，为了适应不同照度下都能使眼睛感到舒适以免强光的刺激。近四十年来发展的光致变色玻璃就是为了解决这一矛盾而出现的新的产品，光致变色玻璃的原理是在硅酸盐玻璃的基础上加入卤族元素的银盐和过氧化铜即氧化亚铜，在玻璃熔制完成之后，玻璃中存在着一个富硼相，具有富硼相的硅酸盐玻璃经适当的温度热处理后，在玻璃中就形成了卤化银的微晶，富硼相为这种微晶提供了存在的巢穴。经热处理后的这种玻璃在紫外线的作用下，卤化银发生分解生成银的正离子和卤族元素负离子，银离子从氧化亚铜中获得一个电子成为单质银，这样玻璃中就出现对光起屏蔽作用的金属银颗粒，阻碍了光的通过。这种现象虽然发生在结构的原子级别上，但是，从宏观和总体上看，整块的玻璃都已经均匀地变黑了。这种紫外线是卤化银的激励能源，当紫外线不存在时，玻璃自然会复原到未受照射时的状态，即恢复到无色状态。所以这种变化是反复无极的，会永远存在下去。从微观来看，这种变化在空间分布是呈分离状态的(其尺寸发生在原子级别上)，但是，它们的同隔也还是比较均匀的。由于玻璃结构是远程有序、近程无序的模式，如果把这种卤化银的空间分布用函数F(x，y，z)来表示，那麽自变量X，Y，Z几乎是以等差级数发生变化的，其变化的数量级是在原子级别上，所以总体来讲变色粒子的分布是均匀的，间隔是微小的，确实也是不连续的。因此说，这种变化是不完全的，也就是说即使发生了上述变化，也还是存在漏光的现象的，只不过这种漏光现象不为人眼所察觉。因为单质银之间的空隙远远小于人的视觉分辨极限，所以就整体来看，整块的玻璃都变色了。
这里我们必讲一下人的分辨极限问题。人的分辩极限正常的是最小分辩角为1分，大约为0.05毫米。银离子的尺寸是远远小于人的分辩极限的，因此，人眼是无法觉察到它的存在的。但同时，人还存在一个视觉问题。所谓视觉是光给人眼的刺激，它与最小分辩角是两个不同的概念，它与被观测的对象的尺寸无关，只与光刺激的强度有关。
另外，眼镜除了人们要求它能调节光能之外，也希望重量逐步减轻，特别是对高度近视的配戴者，对这一要求显得尤为迫切，同时，无机玻璃是一种脆性材料，容易破碎。所以，最近几十年相继出现了树脂镜片，它的最大优点就是重量轻、不易破碎。正是由于这些特点使得它在传统眼镜市场中占有一席之地。但它也有容易出现表面划痕使表面质量得不到保证，使用寿命短。
有了树脂镜片，人们就自然希望它也能产生变色。为了实现树脂镜片变色，这几十年来有不少的人在这方面作了大量的研究和试验。但造今为止，仍未找到能变色的有机合成材料，于是很多人将着眼点放在无机变色玻璃和有机树脂的结合上采解决这一问题。目前的解决方案大致可分为以下四类一、把变色玻璃和树脂做成膜层或者将膜层的单层或多层胶合在有机玻璃基质上，也有分离胶合的，即单面接触和多面接触两种情况。
二、将无机变色玻璃的粉末直接压入树脂基质中形成变色层。
三、将无机变色玻璃喷镀到有机树脂的表面形成表面变色层。
四、将无机变色粉末参入到树脂镜片基体中以实现整体的变色。
前三种方法显然问题很多。首先，无机的变色粉末与空气的接触很容易破坏变色结构，像氧化亚铜被氧化的变化就使它失去了获得和释放电子的能力，这就使变色和复原无法进行，变色寿命终止。由于温度的变化变色层与有机树脂的膨胀系数不完全相同，导致变色层和基质树脂层容易脱落。此外，潮湿空气的作用也会促使变色的终止和层间的脱落。这里要重点谈谈第四种方案(如美国专利4581288)的缺点，即把无机变色粒子溶到树脂中去的方案。该方案有两种工艺，一种是将已经聚合的树脂(已固化)在高温下熔融，然后将无机变色粒子参入其中，再经压力成为一体。另一种是将无机变色粒子溶入到未完全聚合的树脂中去使其有变色能力。由于第一种方案的实际问题是十分多的，关键是它无法解决均匀和透明问题，在此不作过多分析。下面就第二种具体实施方案作如下分析一、在树脂单体被聚合后采取高温将变色微粒溶入到树脂中的方案是不可取的。这样的方法将会使附着在粒子表面的空气的排出十分困难。如果在粒子和树脂之间有空气隙的话，就会形成两个封闭的反射面，由于空气隙的存在，这两个反射面的折射率差值将会很大，反射和散射的强度将是很大的。这一严重情况，将导致整个制品混浊，就是通常所说的“雾”，甚至可能失透。
工艺上将变色粒子溶入到树脂当中在高温状况下进行，还会使整个镜片存在着压力性质的内应力而出现部分偏振现象，导致透射性能的降低。
二、无机变色粒子的粒度范围太大。有的理论认为粒度范围应该在0.5-150微米，也有的认为应该在0.5-100微米的范围，而认为最好的是10-50微米的范围。其实10-50微米的粒子范围也是偏大的，特别是上限50微米已经接近人的分辩极限。这种范围的粒子做出的产品在变色的初期大粒子首先就足以被肉眼现察到，因为它的反射和散射强度能使人感觉到产品中有异物的存在，而且对总体的透明度影响很大。所以，从总体感觉来说，似乎变色不是同步的。
三、折射率的匹配不够精密。美国专利4581288提出无机变色粒子的折射率和有机树脂的折射率的相差范围是±0.002。这种精密度显然是不够的。首先，两种材料的色散方程是不可能相同的，这就使粒子和基质的界面对不同波长有选择性反射，而且也加强了散射和反射的损失，这种散射和反射的强度会引起观察者的视觉反应，特别是当粒子的尺寸较大时，古典散射(瑞利散射)强度不能忽略。另外，由于温度的变化两种材料的温度折射率也不一样，他们的变化方向甚至有可能是相反的，使其折射率的差值变大，使上述由反射和散射产生的现象更为加剧。更为严重的是，由于折射率的补偿不精密，在来发生变色的情况下就有可能观测到在树脂中的玻璃微粒，特别是其中的大微粒。
四、无机变色颗粒的重量加入百分比是十分敏感的。如果加入的百分比过大的话，不但会失去树脂镜片重量轻的优势，而且还会出现密度梯度不等于零，特别是在重力方向会出现密度的起伏，这也是产生散射的一个重要物理现象，也同样会使制品混浊。
五、树脂中各区域无机变色粒子数量的分布如不进行控制也会带来严重后果。如果无机变色粒子参入到树脂中去，数量的分布不加以控制、随着厚度不同，变色以后透射率就不会均匀。厚的透射率低，薄的透射率高。对高度近视眼镜来讲，外观上看上去眼镜的中心是白色的，四周却非常黑，类似熊猫的眼圈。根据韩来定律τ＝e-kl；其中，τ表示透射率，k表示物质光吸收常数，L表示光通过厚度，e为自然对数的底。很显然，物质的厚薄程度对最终透射率的影响是巨大的。在工艺中必须解决这个问题。
本发明的目的在于提供一种光致变色的树脂镜片的制造方法及其镜片。
光致变色的树脂镜片的制造方法，将具有变色性能的材料融合到树脂中，其特征在于将干燥无水的变色粉料掺入未聚合的液态单体树脂中，充分搅拌均匀，再加入引发剂并搅拌使之充分混合，从单体混合开始，参与聚合全过程，将三者的混合液倒入镜片模具中成型。
如上所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于用占总量5-30％、尺寸小于15微米、折射率与树脂的折射率差异范围为0.0001-0.001的变色玻璃粉末与树脂的单体(聚合单体)混合。
如上所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于变色玻璃粉末的用量为10-15％，尺寸为7-9微米，引发剂为总重量的2.5-3.0％。
如上所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于模具凸面朝下。
光致变色的树脂镜片，它由具有变色性能的粉状材料与树脂融合而成，其特征在于将干燥无水的变色粉料掺入未聚合的液态单体树脂中，充分搅拌均匀，再加入引发剂并搅拌使之充分混合，从单体混合开始，参与聚合全过程，将三者的混合液倒入镜片模具中成型而成。
如上所述的光致变色的树脂镜片，其特征在于用占总量5-30％、尺寸小于15微米、折射率与树脂的折射率差异范围为0.0001-0.0001的变色玻璃粉末与树脂的单体(聚合单体)混合。
如上所述的光致变色的树脂镜片，其特征在于变色玻璃粉末的用量为10-15％，尺寸为7-9微米，引发剂为总重量的2.5-3.0％。
本发明实施例的工艺实施方案如下一、元机变色玻璃的选取无机变色玻璃折射率的选择最好和某一单一聚合物的折射率相同，以免作折射率匹配。无机变色玻璃的生产是可以做到这一点的。在一定的范围内，调整玻璃中的硅元素，可以使无机变色玻璃获得任何相同的折射率。如果不具备制作变色玻璃技术的条件，可以选择现有产品。选择的树脂镜片的折射率最好在两个邻近单体的折射率之间，也可以根据自己模具对折射率的要求选择变色玻璃的折射率。二、玻璃微粒的获得1、 将变色玻璃破碎，选择适当的球磨机将变色玻璃粉碎片进行球磨，这样得到的变色玻璃粉末，其尺寸范围较大，调整球磨时间使粒子的尺寸向8微米附近靠拢，或者是多数粒子的尺寸在8微米左右。如果无机变色玻璃的粒度范围不超过10微米，那末无机变色粒子的数量将呈两位数的倍数增加，弥散度就会大大地增加，其均匀性会极大地提高，与此同时，反射和散射的损失就会急剧下降，透明度会得到很大的改善。2、 玻璃粒子进行筛分，让8微米以下的粒子通过，然后将未通过的继续再进行球磨、筛分，如此几次循环。凡是能够通过的即是可以利用的。如果出现筛分困难，可以利用浮选。可以在液体中进行悬浮，这种液体最好选择即将参与聚合的单体中的一种，拟定一定时间，然后将悬浮物移出，其沉淀物是不合要求的粒子。3、 将移出液体的悬浮物过滤出，进行高温烘烤，烘烤温度在350-450摄氏度，并不断地翻动玻璃粉末以求彻底去掉附着的水分。4、 将彻底烘干的粉末移至干燥的容器内，在有条件的情况下，将容器抽成真空，以排除玻璃粒子间缝隙的空气。有时甚至可以把附着在粒子表面的空气也部分地抽走。5、 选取玻璃粒子的重量为制品总重量的10％左右，如果玻璃的变色性能好，可以少於10％。三、单体配比计算和混合1. 当选者的折射率不是一个单体所具备时，这样就要选取两种单体进行搭配。
其中，被选取的两个单体的折射率一个应略高于所选择的折射率，另一个应略低于所选取的折射率。用加和定理计算出两种单体所占的百分比，即N1*x+N2*(1-x)＝N(N是所选取制品的折射率，也即是玻璃粒子的折射率，N1、N2分别是两个单体的折射率，x是N1单体在混合物中所占的比例，N2所占的百分比是1-x)。2. 确定制品的总重量，按照上述的百分比计算出两种单体的各自的重量，在抽取单体前，单体必须先通过一个2微米的筛子以过滤出杂物和气泡。将抽取的两个单体的液体缓慢地倒入两个不同的容器中已确定其重量。在倒入容器的过程中，要避免空气的卷入而产生气泡。对于易挥发的单体要进行密封。3. 将两种单体移入同一个容器中进行混合，在操作过程中也应特别谨慎，以避免空气的卷入而产生气泡。4. 对混合后的两个单体进行充分搅拌，使其均匀，可以用螺带式和叶桨式搅拌器。搅拌时应特别注意不要使液体翻腾，以免将空气卷入，叶桨式搅拌器也只能是使液体翻动，而不能翻腾，以免使空气卷入。总之，既要使液体搅拌均匀，又不要使空气卷入。5. 对混合液的折射率用阿贝折射仪进行测定。在溶液的表面选取两个相互垂直直径的四个端点和一个交点，对选取点的部位的折射率进行测定。如果是螺带式搅拌器，还应在容器深度一半的地方的五个点进行测定。对于阿贝折射仪下的各点的读数在小数点后四位上与最终产品的折射率无差异。也即和玻璃粒子折射率在小数点后第四位数上无差异。如果各点的折射率偏差太大，应继续搅拌，直至各点的折射率基本一致。若折射率的测量数据不合要求，要适当地增加高(或低)折射率单体的重量以达到所要求的折射率。可以用预先制作好的一个由同一变色玻璃批号材料制成的玻璃棒来做跟踪，将这根玻璃棒擦拭干净后，插入混合液中进行搅拌。通过混合液观察玻璃棒，如果在容器中不能发现玻璃棒的踪迹，这就表明玻璃棒和液面的光学界面已经消失。这就证明两种单体的折射率的匹配满足要求。但是，这是在阿贝折射仪读数满足要求的前提下进行的。四、混合液与玻璃粒子的混合将处理好的玻璃粒子缓慢而仔细加入混合液中(不要发生冲入的现象)，边加边缓慢地搅拌，直至将两者混匀为止，搅拌中的注意事项仍如前述。五、混合液与引发剂的混合1. 引发剂的选择。引发剂应选择低熔点型的，其熔点应与常温相差不大，这样易和混合液中的两个单体在相上相容。2. 引发剂的重量应视其理论活性氧量、活化能和分子量来决定。在实际中可以采用IPP(过氧化二碳酸二异丙脂)作为引发剂，可以加入总重量的2.5-3.0％。3. 将称量好的引发剂缓慢地倒入混合液中，并缓慢地搅拌使其完全进入液体，视室温状况使溶液的温度达到或略超过其熔点并不断地搅拌，仔细观察有无悬浮物。如果无悬浮物，表明引发剂已变为液态，同时不断搅拌使之充分混合。搅拌注意事项如前所述。4. 混合均匀后将容器不完全密封，留下一个透气的地方，一方面减少挥发，另一方面，使液体上面的空气是一个大气压。静放一段时间，时间长短视容器的深度而定。静放的目的是使粒子和引发剂加入时带入的空气逐渐上浮，排除液体。仔细观察上浮气体的情况，直至元气泡上浮。六、最终折射率的测定1. 在最后的混合液中任何一处抽取液体，采用阿贝折射仪进行测定。如果折射率在小数点后第三位上与变色玻璃的折射率的一致，就满足要求。2. 此时应该用叶桨式搅拌器重新进行搅拌以防浇注的过程中因密度不同而产生沉淀，然后准备浇注。七、浇注1. 与通常的树脂镜片浇注法一样，要特别注意的是要边搅拌边浇注，以保证同一批树脂眼镜片的变色情况一致。2. 在浇注时一定要注满模具而不产生气泡。八、聚合聚合的工艺和树脂镜片基本相似。应注意模具应保证凸面朝下，这样，混合液面的最高点就是镜片的边缘。在升温的过程中，如果玻璃粒子表面还附着有极少量的空气，随着温度的上升，空气体积迅速扩大(因为空气的膨胀系数是1/273)，浮力也随之增大，气泡会很快升至液面的最高点而在镜片的边缘，这样产品不会产生混浊。如果是平光镜片，因为中间和四周的厚度相对差别不大，可以即刻开始聚合的升温，这样，可以尽快促使单体的聚合以提高液体的粘度，使玻璃微粒的移动困难，最后使玻璃微粒在镜片中的分布更加均匀。如果是近视镜片(中间薄四周厚)，应将已注满的模具凸面朝下，静放一定时间，让变色玻璃微粒下沉并向中间积聚，从而改善由于厚度不同所引起的变色差异，避免“熊猫眼圈”。九、其他随后的工艺，如升温曲线、脱模、清洗等等，与树脂镜片的生产工艺相同。
另外也可以将树脂变色镜片做成带不同底色的产品。方法之一是引入带不同底色的无机变色玻璃微粒，只不过粒度应更小而掺入量应作适当增加。也有其它带底色的途径。
权利要求
1.光致变色的树脂镜片的制造方法，将具有变色性能的材料融合到树脂中，其特征在于将干燥无水的变色粉料掺入未聚合的液态单体树脂中，充分搅拌均匀，再加入引发剂并搅拌使之充分混合，从单体混合开始，参与聚合全过程，将三者的混合液倒入镜片模具中成型。
2.如权利要求1所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于用占总量5-30％、尺寸小于15微米、折射率与树脂的折射率差异范围为0.0001-0.001的变色玻璃粉末与树脂的单体(聚合单体)混合。
3.如权利要求2所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于变色玻璃粉末的用量为10-15％，尺寸为7-9微米，引发剂为总重量的2.5-3.0％。
4.如权利要求1、2、3所述的光致变色的树脂镜片的制造方法，其特征在于模具凸面朝下。
5.光致变色的树脂镜片，它由具有变色性能的粉状材料与树脂融合而成，其特征在于将干燥无水的变色粉料掺入未聚合的液态单体树脂中，充分搅拌均匀，再加入引发剂并搅拌使之充分混合，从单体混合开始，参与聚合全过程，将三者的混合液倒入镜片模具中成型而成。
6.如权利要求5所述的光致变色的树脂镜片，其特征在于用占总量5-30％、尺寸小于15微米、折射率与树脂的折射率差异范围为0.0001-0.001的变色玻璃粉末与树脂的单体(聚合单体)混合。
7.如权利要求6所述的光致变色的树脂镜片，其特征在于变色玻璃粉末的用量为10-15％，尺寸为7-9微米，引发剂为总重量的2.5-3.0％。
全文摘要
光致变色的树脂镜片的制造方法,将具有变色性能的材料融合到树脂中,其特征在于将干燥无水的变色粉料掺入未聚合的液态单体树脂中,充分搅拌均匀,再加入引发剂并搅拌使之充分混合,从单体混合开始,参与聚合全过程,将三者的混合液倒入镜片模具中成型。
文档编号B29C70/00GK1354188SQ00131159
公开日2002年6月19日 申请日期2000年11月20日 优先权日2000年11月20日
发明者向定元 申请人:向定元