光致变色涂覆方法

专利名称：光致变色涂覆方法
技术领域：
本发明涉及主层包含光致变色化合物的光致变色制品的制造方法。一种具体的情况中，本发明涉及主层包含光致变色化合物的塑料眼镜片的制造方法。
本发明还涉及调节光致变色制品的主层中所含光致变色化合物的转变时间的工艺。
背景技术：
人们对掺入光致变色化合物的光致变色制品已有一段时间的了解。尤其是，许多镜片含有光致变色化合物，因此，当它们接触特定波长的光线，如光化辐射(太阳光)时，化合物会从透明基态变化成彩色激活态，在这种状态下，镜片能过滤至少某些入射光。从基态到激活态的转变是可逆的。因此，只要光致变色化合物保持暴露于入射光时，它就维持在激活态。然而，一旦移去光源后，化合物又会回到基态，在这种基态下，化合物是无色的或者颜色最浅。
已发现，具有光致变色能力的镜片尤其适合用作眼镜，这样在人造光下镜片维持透明，但当佩戴者移至太阳光下时，镜片就变黑，能减少透射光的量。这类镜片一般通过在镜片基材中或者镜片表面使用光致变色化合物而形成。
由塑料材料制得的镜片的产生及其广泛应用意味着必须开发新的工艺来使光致变色化合物得以应用。通常这一工艺是将光致变色化合物直接浸渗到镜片基材中或者用含有光致变色化合物的涂层涂覆镜片来进行的。
然而，已知的将光致变色化合物引入塑料制品如镜片的方法很难控制进入制品基材的光致变色化合物的量，并且/或者这些方法很难在制品基材或涂层中掺入足够量的光致变色化合物。另外，有些制品的基材由于会限制化合物从基态到激活态的转变，因此该基材对于光致变色化合物而言是一种不利环境，同时/或者该基材会导致光致变色化合物的老化。
另外，有必要提供一种光致变色镜片，该镜片中彩色激活态与透明基态之间的转变时间要尽可能短，从而使得光致变色制品能尽可能快的对任何光照条件的变化作出反应。
发明概述本发明提供了一种光致变色制品的制造方法，该方法包括的步骤有-在至少一个模子部件的铸覆表面上形成光致变色主层，-处理光致变色主层，使其在接下来的过程中所受到的破坏降至最低，-用一种底物单体组合物填充包括带有光致变色主层的模子部件的一个装配好的模子。
-将底物单体组合物固化形成包括光致变色主层的固体制品，-向光致变色主层中引入光致变色化合物形成光致变色制品。
本发明同时还提供了采用本发明的方法形成的光致变色制品，尤其是光致变色镜片。
为了讨论方便，对本发明进一步的说明将针对塑料镜片形式的光致变色制品。然而，本发明的方法不应被理解成限制于这一特定用途，可以想象本方法能用来制备各种包括光致变色化合物的塑料制品。
本发明的“光致变色主层”是一层能充当光致变色化合物的基质的涂层。一般而言，“光致变色主层”在引入光致变色化合物之前不具有任何光致变色性能。
在本发明的一个具体形式中，光致变色主层及固化的底物单体组合物是聚合物，然而，这两种聚合物优选是不同的聚合物，光致变色主层比固化的基材单体更易渗入光致变色化合物。
光致变色主层厚度优选10微米至150微米之间。可以采用本领域常用的涂覆工艺如浸涂、旋涂、流涂以及喷涂等方法将主层单体的溶液或者纯净的主层单体液体涂覆到铸覆表面上形成主层。
推荐采用旋涂的方法，将纯净的主层单体溶液，或者对于相对较粘单体的情况，可以将主层单体溶解在合适的溶剂中所形成的溶液来涂覆铸覆表面。旋涂优于其它涂层工艺，因为旋转涂层通常能更好的控制铸覆表面上的覆盖率，同时它还能控制主层的厚度以及厚度的均匀性。因此，主层单体溶液的粘度可能会影响涂覆过程。例如，非粘性单体(小于10cp)一般不能提供厚度为10至150微米的光致变色主层。类似地，很粘的单体所提供的光致变色主层又太厚，尽管这种情况也可以使用合适的溶剂来降低粘度。一个实施例中，主层单体组合物的粘度约为80cp时，可以至少1000rpm的转速用旋涂技术来涂覆模子部件的铸覆表面。
镜片的前表面的铸覆表面上优选涂覆光致变色主层。同样，较好基本上所有铸覆表面都用光致变色主层涂覆。而且，光致变色主层较好以均匀的厚度涂覆在铸覆表面上。
理想的是，涂覆光致变色主层，使其复制要制造镜片的模子的表面，从而提供一种具有所需表面构型的光学表面，这个表面基本上没有由于光致变色主层厚度不均而导致的象差、流动痕迹以及涂层聚集物等缺陷。
采用单体光致变色主层组合物涂覆了铸覆表面后，对该主层处理使其不会被后继的过程破坏。这种处理包括至少部分固化主层或者也可以从主层中将溶剂蒸发掉。若主层包含溶剂，较好是在部分固化的同时或者在部分固化之前采用单独的步骤将溶剂除去。可以通过空气干燥或者红外辐射、微波辐射或加热除去溶剂。
处理过程最好要能防止诸如起皱、分层、溶解和/或光致变色主层过度膨胀等破坏。然而，优选将光致变色主层部分固化，使光致变色主层组合物与底物单体组合物之间有一定的互相渗透，从而使光致变色主层与模制品中的基材具有良好的粘结性。另外，底物单体组合物与光致变色主层的相互混合能在主层及制品基材之间提供2至5微米厚的扩散界面，该界面能减少或消除干涉图案。
另外，较好先将光致变色主层部分固化，在向主层中引入光致变色化合物的过程中或者在引入光致变色化合物之后，再将光致变色主层完全固化。用这种方法，我们认为光致变色化合物能扩散到主层中，并且能在主层完全固化前在主层中产生间隙。一旦光致变色主层完全固化后，光致变色化合物就很难充分渗透。
若底物单体组合物形成不能让光致变色化合物浸渗的基材，就有必要在用底物单体组合物填充模子之前，在光致变色主层上施涂一层阻挡层，阻挡层能使基材单体向光致变色主层中的渗透量降至最低。在这种情形下，底物单体组合物向主层渗透或穿透会影响光致变色主层的性质，因而影响光致变色化合物的转变时间。阻挡层能防止光致变色化合物向制品基材中渗透。然而，阻挡层最好不要影响光致变色主层与镜片基材之间的粘结性。例如，阻挡层可以由高度交联聚合物材料的薄层形成。合适的阻挡层可以通过将包括含双键的化合物以及含硫醇基团的化合物在内的组合物聚合制得。也可以通过将包括含异氰酸酯基团的化合物以及含硫醇、羟基、芳胺或其它亲核基团的化合物在内的组合物聚合得到阻挡层。
不能让光致变色化合物浸渗的制品基材要使用阻挡层。这类基材的例子包括高度交联的聚合物，如MR-6，MR-7，MR-8，MR-10，CR-39以及环硫化物。通常，这些化合物刚性太大，因而不易让光致变色化合物浸渗，因此通常它们很难用于光致变色制品。同时，这些聚合物中，有一些聚合物含有很高的会严重影响光致变色化合物使用寿命的硫。然而，采用阻挡层和/或使底物单体组合物与光致变色主层的混合降至最低，就意味着底物单体组合物对光致变色化合物浸渗光致变色主层的浸渗性的影响减小。
通过与基材单体配方中的聚合引发剂、催化剂或添加剂(如异氰酸酯)反应，光致变色化合物会受到这种底物单体组合物不利影响。另外，若单体组合物的硫含量高，则随着时间的延长，染料会出现过度老化。
通过防止单体组合物向光致变色主层的渗透，阻挡层的使用克服了这些问题。由于阻挡层优选是薄层并且是快速固化的，因而可以使阻挡层的渗透降至最低。这样就有机会在模子表面涂覆光致变色主层之前或者在初始涂覆之后，单体组合物填充模子之前一段时间，将光致变色化合物引入光致变色主层，并且能确保(i)单体组合物中任何引发剂不会破坏光致变色化合物，(ii)由于光致变色染料负效应单体组合物向光致变色主层渗透而引起的染料老化降至最低。
主层的组合物较好能提供一种环境，在这种环境中主层对光致变色化合物在激活态与基态之间的转变时间的影响最小。用这种方法，光致变色化合物在基态与激活态之间的转变时间也可以得到优化。很显然，在基态与激活态之间的转变越快，光致变色制品移出或移入太阳光中时颜色变浅或变深的速度就越快。
虽然不想受制于理论解释，可以认为在正常条件下，光致变色化合物会达到一种稳态，此时光致变色主层上的入射光子数量与光致变色化合物在激活态的分子数量之间达到平衡。为了克服这种稳态，本发明发明人认为增加主层中的光致变色化合物的含量是有利的，这样就可以消耗更多的入射光子，稳态就朝着光致变色化合物留在激活态的方向移动。采用本发明的方法，能形成一种光致变色主层，其厚度能允许足够的光致变色化合物分子掺入到主层中，从而对转变时间产生有利影响。
另外，本发明的发明人认为，光致变色主层有一个厚度，超过该厚度时活化波长(通常约395nm)的光线无法透过，因此超过这一厚度的光致变色化合物分子将不能被激活。相应地，为了将转变时间减至最短，光致变色主层的优选厚度在10至150微米之间，25至60微米更好，而30至50微米则最佳。
光致变色主层的组成也会影响主层中光致变色化合物的转变时间。因此，光致变色化合物分子周围主层的局部刚性和/或光致变色化合物分子附近光致变色主层的极性会影响转变时间。具体而言，可以认为，极性相对较大的光致变色主层能使光致变色化合物分子的激活态(可能是离子型)趋于稳定，最终延长从激活态返回基态的转变时间。相应地，极性较小的光致变色主层能加快转变，而极性较大的光致变色主层则会减慢转变。
类似地，光致变色化合物分子附近光致变色主层的刚性也会影响转变时间。具体而言，可以认为，刚性较大的局部环境通过限制柔性及分子进入激活态所需的空间，因而会增长光致变色化合物分子的转变时间。相反的，刚性较小或“柔性”的局部环境能提供足够柔性以及光致变色化合物分子进入激活态所需的空间。
相应地，为了得到具有快速转变时间的光致变色制品，光致变色主层较好是柔性的(聚合后)。基于本发明，“相对柔性”的聚合物其玻璃化转变温度(Tg)低于室温。
然而，在使用中可以发现，这种光致变色主层物理性质不稳定，尤其是由于它具有柔性因而很容易磨损，因此光致变色主层中所用材料的选择通常也要考虑物理参数，优选是具有较高Tg的材料。实际应用中，“柔性相对较大”的光致变色主层可以由任何单体形成，只要该单体形成的聚合物Tg约为40或更高。
有可能将光致变色主层的柔性定量，并与镜片的转变时间关联起来。因此，可以采用光致变色制品的光致变色主层的表面硬度来作为预计转变时间的指导。可采用纳米压针测试光致变色主层的硬度。
举例来说，合适的光致变色主层单体可以从下列一种或多种单体中选择二(甲基)丙烯酸亚烷基酯，如二丙烯酸癸二醇酯；聚(环氧烷)二(甲基)丙烯酸酯如A200(聚二丙烯酸乙二醇酯200)，A400(聚二丙烯酸乙二醇酯400)，A600(聚二丙烯酸乙二醇酯600)，APG-200(二丙烯酸三丙二醇酯)，APG-400(聚二丙烯酸丙二醇酯400)，14G，9G以及4G；氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯如U-4HA以及U-6HA；以及烯丙基化合物如DAIP。
特别优选的光致变色主层单体是含有九(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(nonaethylene glycol dimethacrylate)的组合物如9G，含有十四(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(quatdecaethylene glycol dimethacrylate)的组合物如14G，聚丁二醇以及乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯(每摩尔含有1至20个乙氧基基团)。光致变色主层单体也可以是任何两种或多种所列光致变色主层单体的混合物。这里所使用的术语(甲基)丙烯酸酯是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团。因此，二(甲基)丙烯酸酯单体可能含有一个丙烯酸酯以及一个甲基丙烯酸酯基团，两个丙烯酸酯基团或两个甲基丙烯酸酯基团。
采用本发明的方法能制备出的镜片，其转变时间要比本发明的发明人所了解的市场上销售的光致变色镜片快得多。因此，可能有一些情况下转变时间太快而可能有必要或者较好抑制转变时间。例如，当佩戴者从阴暗处移入光亮的地方，再回到阴暗处，镜片最好不对光线的变化作出太快速的反应，转变最好能缓冲一下，这样镜片就不会经历一系列的快速转变。
采用这里说明的方法，能调节或有选择的调节光致变色主层中光致变色化合物的转变时间。如前所述，光致变色化合物附近的光致变色主层的刚性会影响转变时间，并且可以认为局部刚性相对较大的环境通过限制柔性以及分子进入激活态所需的空间而减缓光致变色化合物分子的转变。类似地，如前所述理由，光致变色化合物分子附近极性相对较大的环境也可能减缓转变。
相应地，本发明还提供了一种光致变色制品的制造方法，其特征在于，可以通过调节光致变色主层的物理性质和/或化学性质来改变主层中含有的光致变色化合物的转变时间，该方法包括调节光致变色主层的一个或多个极性和/或局部刚性来增加或减少光致变色化合物的转变时间。
可以理解，在发现本发明的方法以前，一直都不可能获得足够快而要特地将其减缓的转变时间。然而，将光致变色化合物环境与镜片基材光学及机械性质的分离，本发明实现了这么快的转变时间。也有可能会发现其它能得到具有快速转变时间的镜片的方法。因此，这里所讨论的调节转变时间的方法也可以用于由其它方法而不是这里说明的方法制备的具有快速转变时间的镜片中。
在本发明中，光致变色主层单体也可以是任何两种或多种光致变色主层单体的混合物，其中光致变色主层包含主量的柔性聚合物，例如二甲基丙烯酸乙二醇酯如9G，该柔性聚合物采用少量固化单体改性，使其在固化后具有一定的刚性。具体是，可以向9G中添加1至35％，5至15％的固化单体如刚性相对较大的丙烯酸聚氨酯(例如U-4HA或U-6HA)、每摩尔分子含有1至20个乙氧基基团的二甲基丙烯酸乙氧化双酚A酯单体或异氰脲酸酯基聚(甲基)丙烯酸酯单体，形成一种光致变色主层，其中，添加丙烯酸聚氨酯用来减缓或抑制涂层中光致变色化合物的转变。
发明详细说明构成本发明方法一部分的基本的模内涂覆方法优选类似于国际专利申请PCT/AU00/01152中说明的方法，仅作为示例模内涂覆过程之用将该申请参考结合于此。
简言之，模内涂覆过程一般包括将光致变色主层单体组合物的纯净单体溶液涂覆模子的铸覆表面。单体溶液也可以是在合适的溶剂如醋酸甲酯或二氯甲烷中的溶液。光致变色主层单体组合物可以用各种工艺如喷涂、浸涂、刷涂、流涂、旋转涂层等进行涂覆。然而，优选采用旋转涂层法。接着将光致变色主层单体组合物部分固化，例如通过UV引发的部分固化。可以按照PCT/AU00/01152中的说明来控制聚合程度。
由聚合材料制备镜片的制造过程所用的模子，一般由玻璃或金属制得，并且模子一般含有第一及第二模子部件，这些区域安装在垫圈中形成镜片的前后光学表面。至少有一个模子区域其表面能形成最终的光学表面。取决于具体用途，可以采用永久性或半永久性的处理以便于脱模。
用光致变色主层组合物涂覆模子区域，部分固化并且/或者除去溶剂后，将模子片安装在一起形成模子空腔，该空腔壁上已涂覆有部分固化的光致变色主层。接着将形成基材单体的聚合物前体倒在模子中，按常规方法固化之。最后将模制好的镜片从模子中取出，得到涂覆有光致变色主层的镜片。
为了便于聚合，光致变色主层单体优选含有能进行自由基聚合的烯烃基团。丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团特别适合这种目的。
光致变色主层的固化或部分固化可以使用合适的聚合物引发剂引发，引发剂包括任何合适的本领域熟知的热引发剂和/或化学引发剂，聚合度可以根据PCT/AU00/01152中的说明，通过选择合适量的引发剂控制。对于进行自由基聚合的光致变色主层单体，合适的引发剂是在施加能量后能释放或产生自由基的化合物。这类引发剂包括过氧化物。偶氮以及氧化还原物系统，它们都是人们熟知的并且在聚合技术中有所说明。
属于自由基引发剂的，有传统的热激活引发剂，例如有机过氧化物以及有机氢过氧化物。这些引发剂的例子有过氧化苯甲酰、叔丁基过苯甲酸酯、异丙基苯氢过氧化物、偶氮-双(异丁腈)等。
光致变色主层优选的引发剂是光聚合引发剂。这些引发剂包括偶姻及其衍生物，例如苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻异丁醚以及α-甲基苯偶姻；二酮例如二苯乙二酮、丁二酮等；有机硫化物例如二苯基单硫化物；S-酰基二硫代氨基甲酸酯，如S-苯甲酰基-N，N-二甲基二硫代氨基甲酸酯；苯酮如苯乙酮、α，α，α-三溴代苯乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮，α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮，o-硝基-α，α，α-三溴代苯乙酮、二苯酮以及p，p’-双(二甲基氨基)二苯酮；芳香碘以及芳香锍盐，磺酰卤如p-甲苯磺酰氯、1-萘磺酰氯、2-萘磺酰氯、1，3-苯二磺酰氯、2，4-二硝基苯磺酰氯以及p-乙酰氨基苯磺酰氯。
采用自由基聚合引发剂固化或部分固化光致变色主层时，模子上的涂覆以及固化步骤优选在含有最少氧的环境中进行，以便将聚合时吸入的氧降至最低。聚合引发剂的用量以及聚合条件很容易由本领域的技术人员确定，或者也可以根据经验方便地确定。在整个说明书中，光致变色主层的部分固化是指光致变色主层的至少部分固化，如有要求的话，同样也可能包括将光致变色主层完全固化。
一旦光致变色主层固化至所需程度后，较好将模子安装好并用底物单体组合物加以填入得到固体镜片的基材。也可以选择在安装模子前在主层上再施涂阻挡层。形成镜片的底物单体组合物可以是本技术领域任何熟知的热固性材料。镜片基材最好能固化形成室温稳定、光学上透明的镜片。可以使用的热固性材料的例子包括烯丙基二甘醇碳酸酯单体(商业名也叫CR-39)、丙烯酸酯单体及丙烯酸酯低聚物、硫代聚氨酯、多官能团硫醇与丙烯酸酯的组合物等。特别优选SPECTRALITETM(Sola International Inc的一个商标)，因为它可以通过光引发剂快速固化，能使液体状态的单体组合物与部分固化的光致变色主层接触时间达到最少。通过这种方法，可以控制单体组合物向光致变色主层的扩散，反过来也是如此。
填充好模子后，采用任何合适的工艺将底物单体组合物硬化。例如烯丙基二甘醇可以根据预先确定的程序，在合适聚合助剂的存在条件下，在35-90℃的烘箱或一系列水浴中热处理24小时固化。固化后，从模子中取出铸覆的镜片。
也可以选择在从模子中取出铸覆镜片后，对光致变色主层进行后处理，确保光致变色主层完全固化。然而，在引入光致变色化合物之前，不要将光致变色主层完全固化为宜。
从模子中取出铸覆镜片后，也可以选择进行后处理，向镜片中引入光致变色化合物，推荐采用含有光致变色化合物的溶液浸渗。合适的浸渗方法在US5,882,556中有说明，该专利这里仅作为提供合适的方法参考结合之。然而，光致变色化合物也可以通过本领域的技术人员熟知的渗透或其它传递方法引入镜片中。
已知有各类光致变色化合物，这些化合物已应用于要求具有太阳光引发可逆色变或颜色加深的场合。最广泛提到的光致变色化合物有噁嗪、吡喃以及俘精酐。光致变色化合物的可见λmax通常为400nm至700nm。
优选的光致变色化合物可以从下列组合中选择1，3-二氢螺[2H-蒽[2，3-d]咪唑-2，1’-环己烷]-5，10-二酮；1，3-二氢螺[2H-蒽[2，3-d]咪唑-2，1’-环己烷]-6，11-二酮；1，3-二氢-4-(苯硫基)螺[2H-蒽-1’2-二咪唑-2，1’-环己烷]-6，11-二酮；1，3-二氢螺[2H-蒽[1，2-d]咪唑-2，1’-环己烷]-6，11-二酮-1，3，3-三甲基螺吲哚-2，3’-[3H]萘并[2，1-b]-1，4-噁嗪]；；2-甲基-3，3’-螺-双-[3H-萘并[2，1-双吡喃](2-Me)；2-苯基-3-甲基-7-甲氧基-8’-硝基螺[4H]-1-苯并吡喃-4，3’-[3H]-萘并[2，1-b]吡喃；螺[2H-1-苯并吡喃-2，9’-氧杂蒽]；8-甲氧基-1，3’-二甲基螺(2H-1-苯并吡喃-2，2’-(1’H)-喹啉；2，2’-螺-双-[2H-1-苯并吡喃]；5’-氨基-1’，3’，3’-三甲基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’-吲哚]；乙基-β-甲基-β-(3’，3’-二甲基-6-硝基螺(2H-1-苯并吡喃-2，2’-吲哚-1’-基)-丙酸酯)；(1，3-丙烷二基)双[3’，3’-二甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’-二氢吲哚]；3，3’-二甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’-苯并噁啉]；6’-甲硫基-3，3’-二甲基-8-甲氧基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’-苯并thiozoline]；(1，2-乙烷二基)双[8-甲氧基-3-甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’-苯并thiozoline]；N-N’-双(3，3’-二甲基-6-硝基螺[2H-1-苯并吡喃-2，2’(3’H)-苯并thioazol-6’-yl]癸二酰胺])；α-(2，5-二甲基-3-呋喃基)亚乙基(Z)-亚乙基丁二酸酐；α-(2，5-二甲基-3-呋喃基)-α’，δ-二甲基俘精酐；2，5-二苯基-4-(2’-氯苯)咪唑；[(2’，4’-二硝基苯)甲基]-1H-苯并咪唑；N-N-二乙基-2-苯基-2H-菲并[9，10-d]咪唑-2-胺；2-硝基-3-氨基芴-2-氨基-4-(2’-呋喃基)-6H-1，3-噻嗪-6-硫酮。
也可以将两种或多种光致变色化合物浸渗进入光致变色主层中。使用适量的光致变色化合物混合物，就有可能获得特定的激活色彩，如近中性灰色或棕色。
我们发现，采用本发明的方法和传统的光致变色化合物，可能能形成一种从基态到激活态或反过来从激活态到基态的转变时间很快的镜片。举例来说，就本发明发明人所知，市场上销售的转变时间最快的光致变色化合物，其达到50％的平衡亮度(t1/2(激活))所需时间约为25秒，而根据本发明形成的镜片，其t1/2(激活)约为10秒。
本发明的方法还可以包括在光致变色主层上施加一些后续层的步骤。例如，光致变色主层浸渗了光致变色化合物后，可以涂上耐磨层作为外层。可以采用本技术领域任何合适工艺施涂外层，这些工艺包括浸涂、旋涂、流涂以及喷涂。外层也可以是可渗透的层，可以用模内涂覆法涂覆，从而使得光致变色化合物能透过外层渗入铸覆镜片中。外层优选很薄，其厚度范围在0.8至10微米之间，1至5微米最佳。
本发明的方法还可以用来形成具有多层结构涂层的镜片，多层涂层中每层的光致变色化合物含量不同。用这种方法，可以在涂层中形成光致变色梯度。例如，可以采用本发明的工艺施涂第一光致变色主层。接下来，可以采用任何本技术领域传统的涂层工艺涂覆其它光致变色主层，或者采用这里说明的模内涂覆工艺将第二层涂覆在部分固化的第一层上。然后可以用光致变色化合物浸渗后续层。每个层光致变色主层的厚度可以不同，这样就可以在各层中引入不同含量的光致变色化合物。也可以控制扩散或浸渗的速率，以便在各层中引入不同含量的化合物。
因此，本发明的方法可以提供镜片形式的光致变色制品，镜片的一个或多个光学表面含有光致变色涂层。镜片也可以含有耐磨涂层。
本发明实施例说明现在要说明本发明工艺中使用的材料和方法的一些例子。说明这些例子时，要理解下列说明的具体性不是要来限制这些说明的通用性。
实施例中使用下列缩写NS110双酚A乙氧化二甲基丙烯酸酯9G与14G聚二甲基丙烯酸乙二醇酯DATP对苯二甲酸二烯丙酯PTMG聚二丙烯酸丁二醇酯
U6HA带有2-6个端基丙烯酸或甲基丙烯酸基团的氨基甲酸酯单体Irgacure 6512，2-二甲氧基-2-苯基-苯乙酮Terpinolene4-异亚丙基-1-甲基-环己烯DHBP2，5-二甲基己基-2，5-二叔丁基过氧化物NK Ester A-9200三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯二以及三丙烯酸酯(45％二/55％三官能团(单))；Lucirin TPO(二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧膦)GST1，2-双(2-氢硫基乙硫基)-3-氢硫基丙烷Type S双(2-氢硫基乙基)硫化物二甲基丙烯酸酯TAIC三烯丙基异氰脲酸酯Vicure 55甲基苯基乙醛酸酯4G二甲基丙烯酸四甘醇酯*9G九(乙二醇)二甲基丙烯酸酯*14G十四(乙二醇)二甲基丙烯酸酯**人们知道，提供的聚二甲基丙烯酸乙二醇酯可以是含有一个范围乙烯链段的混合物，但其中所述各化合物占多数。
实施例1表1所示是本发明用来生产镜片所采用方法中的一个代表性配方。将该配方的溶液搅拌1小时，使所有组分完全溶解，再抽真空30分钟。为了得到模内涂层，以约870rpm的旋转速率将溶液旋涂到铸覆表面上。接着将涂层UV固化(线速度＝5ft/min)，然后将各模子部件置入垫圈中装配好。接着将镜片单体组合物填入包涂覆的模子，以3.5ft/min的线速度两道(一道朝前一道朝后)进行UV固化。接着用光致变色化合物对固化镜片浸渗。浸渗方法与美国专利5,882,556中说明的方法相同。
TEM结果表明，可以得到厚度至少为20m的涂层。
表1
表2所示是光强度、t1/2(激活)、t1/2(褪色)、t3/4(褪色)，它们分别表示15分钟连续辐照后达到的平衡强度、光致变色化合物达到50％平衡强度所需时间、光致变色化合物褪至50％平衡强度所需的时间以及光致变色化合物褪至25％平衡强度所需的时间。可以看到，用本发明的方法形成的镜片，所需时间要比市场上销售的镜片(VelocityTM，可以从SOLA International Inc.获得，它是一种固化后再浸渗的铸覆镜片)短低得多。
表2
实施例2涂层组合物以及镜片组合物如表3所示。每种情况中，采用实施例1中说明的方法制备镜片。本实施例说明了与实施例1不同的镜片基材组合物的使用。具体是，本实施例中的镜片基材不利于光致变色化合物，原因是聚合物高度交联因而易于减缓光致变色化合物的激活及褪色，同时它含硫量相对较高，易于使光致变色化合物降解。
表3
主层旋涂速度600rpm，以4.5ft/min速率UV固化基材固化采用V灯，以3.5ft/min速度固化两次(一道朝前一道朝后)实施例3涂层组合物及镜片组合物如表4所示。每种情况中，采用实施例1中的说明制备镜片。
表4
基材UV固化3ft/min，2分钟(一道朝前，一道朝后)；V灯折射指数＝1.62Abbe＝37实施例4至9表5所示是本发明的过程所采用的其它配方。表中，材料的数量以wt％(重量百分比)给出，涂层按照实施例1施涂。
表5
表6所示是实施例4至9中镜片的光致变色性能结果。表中，钢丝棉磨擦测试数据是对施涂有标准硅氧烷硬涂层并且在磨擦测试之前进行了固化的镜片的。
表6
实施例10至14-光致变色性能测量我们发现，涂覆的镜片的纳米压痕深度能指示激活半周期或涂覆镜片的光致变色性能。如前所述，可以认为光致变色主层中的相对非刚性或“柔性”局部环境能提供足够的柔性并为光致变色化合物分子进入激活态提供足够空间。可以认为这样就能提高光致变色性能。
实施例10至14中，单片镜片的巴科尔硬度与单片镜片的纳米压痕深度相关。巴科尔硬度是一种宏观压印方法，它提供了镜片100微米深度处镜片的柔性信息。与其不同，测试纳米压痕深度只对镜片表面1至20微米敏感。
前已表明，镜片的巴科尔硬度可以与镜片的光致变色性能相关联(参见国际专利申请WO 0172851)。
我们发现，铸覆镜片的纳米压痕深度与巴科尔硬度之间相互关联。如果采用涂层材料铸覆单片镜片，铸覆镜片的纳米压痕深度与巴科尔硬度之间有一种很好的相关性。这是因为，铸覆镜片测试巴科尔硬度的地方与测试纳米压痕深度的顶部位置具有相同的组成。因此，测试采用本发明的方法制成的镜片的巴科尔硬度仅仅提供了镜片基材单体的硬度值而不是光致变色主层的硬度值。
我们能说明光致变色性能与纳米压痕深度相关。采用可以从Division ofApplied Physics of CSIRO Australia购买的UMIS 2000测试具有表7所示组成镜片的纳米压痕深度。可以采用不同的硬度计压头，但一般使用半径为5微米的半球形压针。采用控制施力的方法进行实验，研究了施加力达到最大设定值(例如10mN)范围内的压痕曲线，压痕曲线是压痕深度与施加力的变化关系。表8提供了涂覆镜片的纳米压痕深度、光致变色性能以及耐磨擦性能。耐磨擦性能数据是对涂有标准硅氧烷硬涂层并在进行磨擦实验之前固化了的镜片的性能。
表7
表8
表8中数据表示，随着纳米压痕深度的减小，镜片的光致变色性能也降低。

图1说明了纳米压痕深度与变暗时间的关系。
图1
该数据表明，假定镜片具有一定的耐磨擦性及快速光致变色性，本发明镜片的最佳纳米压痕深度在9000nm至2500nm之间。
我们还发现，纳米压痕深度也可以指示硬涂层镜片的耐磨擦性。已经发现，硬涂层镜片的耐磨擦性在一定程度上取决于所要施涂硬涂层的材料。通常，光致变色主层越柔性越大，镜片的耐磨性越差，即使是涂覆了传统硬涂层后也是如此。
实施例15-多层涂层人们可能认为，“柔顺”涂层例如光致变色主层越厚，涂层的耐磨擦性就越差。然而，我们发现耐磨擦性与光致变色主层的厚度没有多大关系。也就是说，可以施涂多层涂层而不会降低所得镜片的耐磨擦性。表9说明了64％ 14G，36％NS110，0.5％ Irgacure 651(光引发剂)，0.12％异松油烯和0.1％DHBP的镜片所采用的不同固化及涂覆条件与测得的纳米压痕深度值及耐磨擦比例。
表9
注ft/min数据是指采用V灯UV固化时的带子速度。
实施例16至21-双固化涂层某些情况下可能要求对光致变色主层进行双固化，是主层在形成镜片前部分固化，基材固化后，主层仍然没有完全固化。双固化能使光致变色化合物扩散进入光致变色主层，并且在主层完全固化前为光致变色化合物提供移动空间。这样能使主层在浸渗过程中刚性变大，因而具有更好的耐磨擦性。双固化涂层要求使用链转移剂，链转移剂可以从硫醇、烯丙型物质、苯乙烯衍生物、异松油烯以及它们的混合物中选取。
我们能对初始纳米压痕深度及最终纳米压痕深度差别很大的涂层进行双固化。一般而言，使用异松油烯及光引发剂时，主层几乎完全转化。当主层完全固化后，带有光致变色化合物的光致变色主层在浸渗前的纳米压痕深度要比浸渗后的深度大得多。我们认为这是由于将镜片加热至浸渗温度时，光致变色主层上的UV固化单体松弛的缘故。因此，浸渗前后的纳米压痕深度差别超过几百纳米是不寻常的。差别一般在200nm至1100nm之间，浸渗之后的纳米压痕深度小于浸渗前的深度。结果如表10所示。实施例16至21的所有配方均含有0.5％ BYK 371，并且以285rpm速率进行旋转涂层。
表10
浸渗前后的纳米压痕深度如表11所示。浸渗条件是135°-140℃浸渗4小时。
表11
实施例22-阻挡层将光致变色主层旋涂到模子部件上并将模子部件装在垫片中后，可以采用合适基材单体填充垫片。本实施例中使用SpectraliteTM。然而，我们发现一旦光致变色主层与基材单体相互接触，光致变色主层可能会被基材单体渗透。基材单体透过光致变色主层这种情况的发生或透过程度取决于主层的固化程度及组成。通常而言，所得主层越硬，在同样时间内透过程度就越少。表12所示是9G模内涂覆镜片中光引发剂的含量对纳米压痕深度及光致变色性能的影响。
作为对比，采用100％9g单体制得的铸覆镜片是非常柔软的镜片，而SpectraliteTM相对而言较硬，刚性较大；纳米压痕深度分别为15000nm及2000nm。
随着光引发剂百分数的增加，主层由于固化度提高因而密闭性更好，镜片的表层更像纯9G，作为铸覆镜片，其变暗时间为9秒。因此，纳米压痕方法可以用作(1)主层是否被基材单体透过的指示方法，(2)衡量主层实际表层的柔软性。
基材单体透过进入主层会使光致变色主层的涂层厚度明显下降，涂层厚度下降又会减少光致变色化合物的环境体积。这样会导致涂层变得更硬并减少吸入的光致变色化合物总量。主层由于刚性单体的加入而更具玻璃性，因此主层可能变得更硬，因而更难使基材单体透过。因此，可以预计主层中的刚性单体有一最佳含量，尤其是对于单体既有刚性又有粘性的情况，这种单体在一特定的旋转速度下会增加实际主层的厚度。
表12中的数据表明，提高由100％ 9G单体制得的镜片中的光引发剂的含量可以使基材单体的透过降至最低，可以提高OD(光密度)。
表12
另一个会发生透过的例子是MR-7基材组合物，这是一种不能浸渗的热固化基材。MR-7单体粘度低，需要时间达到胶凝。因此，光致变色主层与基材单体的接触时间很长，在这个时间很容易引起透过。当由于主层的确切组分用到MR-7时，得到的镜片要么不能浸渗，要么由于透过而浸渗很慢。
透过可以通过使用阻挡层来克服，阻挡层是一种高度交联的材料或者具有足够的刚度来防止基材单体向涂层渗透。
表13提供了阻挡层的一个例子。
表13
施涂阻挡层的过程如下。开始以3ft/min速度将涂覆的光致变色主层UV固化(V-灯泡)。接着将阻挡层施涂在光致变色主层表面，接下来再采用与光致变色主层同样的固化条件UV固化。本实施例中的基材MR-7是可以从市场上购买的单体，单体的折射指数为1.67。
表14提供了另一个阻挡层组合物的详细组成。
表14
这一特定的阻挡层例子中硫醇及异氰酸酯采用化学计量比。可以改变比例满足基材的特定要求。有些情况下，有可能要求非化学计量比，一种组分过量，使得反应性官能团就能与基材单体反应。DBTC(催化剂)的百分数也可以适当改变。
最后，可以理解在不背离本发明范围的情况下，可以对这里说明的组合物及方法作出其它变动和修改。
权利要求
1.制造光致变色制品的方法，包括-在至少一个模子部件的铸覆表面上形成光致变色主层，-处理该光致变色主层，使其在接下来的过程中所受到的破坏降至最低，-用底物单体组合物填充装配好的模子，该模子包括具有光致变色主层的模子部件，-将底物单体组合物固化形成包括光致变色主层的固体制品，-在光致变色主层中引入光致变色化合物形成光致变色制品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度在10至150微米之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度在25至60微米之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度在30至50微米之间。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，光致变色化合物是在从模子上取下固体制品之后再引入光致变色主层的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将光致变色主层至少部分固化和/或将溶剂从光致变色主层中挥发掉，从而使得光致变色主层在接下来的过程中所受到的破坏降至最低。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将光致变色主层至少部分固化从而使其在接下来的过程中所受到的破坏降至最低，接着在向光致变色主层引入光致变色化合物的过程中或者引入之后，将光致变色主层完全固化。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层是由涂层单体组合物形成的，涂层单体组合物形成极性较小的聚合物。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色制品是用Tg至少为40℃的光致变色主层形成的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层由主层单体组合物形成，该组合物含有下列的任意一种或多种单-或聚(甲基)丙烯酸亚烷基酯；聚(环氧烷)单-或聚(甲基)丙烯酸酯；氨基甲酸酯单-或聚(甲基)丙烯酸酯以及烯丙基化合物。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是一种单体，其中大部分是九(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是一种单体，其中大部分是十四(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是聚丁二醇单体。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色主层由主层单体组合物形成，该组合物包括乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯单体，每个单体分子中含有1至20个乙氧基基团。
15.如权利要求11至13中任一权利要求所述的方法，其特征在于，主层单体组合物包括少部分固化单体，从而使固化时具有一定的刚性。
16如权利要求15所述的方法，其特征在于，固化单体是氨基甲酸酯丙烯酸酯、每个分子中含有1至20个乙氧基基团的乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯单体或者异氰脲酸酯基聚(甲基)丙烯酸酯。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，以主层单体组合物重量计，固化单体的加入量为1至35％。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，以主层单体组合物重量计，固化单体的加入量为5至15％。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，光致变色主层的纳米压痕深度约在9000nm与2500nm之间。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光致变色制品是镜片。
21.光致变色制品的制造方法，包括-在至少一个模子部件的铸覆表面上形成光致变色主层，-处理该光致变色主层，使其在接下来的过程中所受到的破坏降至最低，-在光致变色主层上施涂阻挡层，-填充装配好的模子，该模子包括具有光致变色主层及底物单体组合物的模子部件，-将底物单体组合物固化形成包括光致变色主层的密致制品，-在对底物单体组合物固化之前或之后，将光致变色化合物引入光致变色主层中。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，阻挡层使底物单体组合物向光致变色主层中的渗透降至最低。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度约在10至150微米之间。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度约在25至60微米之间。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层的厚度约在30至50微米之间。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，阻挡层由一种混合物聚合而成，该混合物中包含含有双键的化合物以及含有硫醇基团的化合物。
27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，阻挡层由一种混合物聚合而成，该混合物中包括含有异氰酸酯基团的化合物以及含有硫醇、羟基或芳胺基团的化合物。
28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层至少进行部分固化和/或将溶剂从光致变色主层中蒸掉以便将对光致变色主层的破坏降至最低。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，将固体制品从模子中取出后，将光致变色化合物引入光致变色主层中。
30.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层由主层单体组合物形成，该组合物中含有一个或多个单-或聚(甲基)丙烯酸亚烷基酯；聚(环氧烷)单-或聚(甲基)丙烯酸酯；氨基甲酸酯单-或聚(甲基)丙烯酸酯以及烯丙基化合物。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是一种单体，其中大部分是九(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。
32.如权利要求10所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是一种单体，其中大部分是十四(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。
33.如权利要求10所述的方法，其特征在于，聚(环氧烷)聚(甲基)丙烯酸酯是聚丁二醇单体。
34.如权利要求22所述的方法，其特征在于，光致变色主层由主层单体组合物形成，该组合物包括乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯单体，每个单体分子中含有1至20个乙氧基基团。
35.光致变色制品，根据权利要求1或权利要求22所述方法制备。
36.一种光致变色制品的制造方法，其特征在于，可以调节光致变色主层的物理和/或化学性质，来改变层中含有的光致变色化合物的转变时间，该方法包括调节光致变色主层的一个或多个极性和/或局部刚性来增加或减少光致变色化合物的转变时间。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，光致变色化合物的转变时间通过在光致变色主层中使用固化单体来控制。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，固化单体是氨基甲酸酯丙烯酸酯、每个分子中含有1至20个乙氧基基团的乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯单体或者异氰脲酸酯基聚(甲基)丙烯酸酯。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，丙烯酸聚氨酯是U-4HA或U-6HA。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，光致变色主层由涂层单体组合物制备，该组合物含有九(乙二醇)二甲基丙烯酸酯。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，固化单体的用量约为1-35％。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，固化单体的用量约为5-15％。
43.如权利要求1所述的方法，基本上如以上说明的所附实施例。
44.如权利要求22所述的方法，基本上如以上说明的所附实施例。
45.光致变色制品，如以上说明的所附实施例。
全文摘要
本发明提供一种制造光致变色制品的方法，该制品具有含光致变色化合物的层。制造方法包括将光致变色主层涂覆在至少一个模子部件的铸覆表面。对光致变色主层处理，以便使其在接下来的过程中所受到的破坏降至最低，接着装配模子，使模子包括带有光致变色主层的模塑部分。接着用光致变色制品单体组合物填充模子，再将其固化，形成粘结到光致变色主层上的光致变色制品基材。在光致变色主层中引入光致变色化合物。
文档编号B29D11/00GK1604841SQ02824994
公开日2005年4月6日 申请日期2002年12月13日 优先权日2001年12月14日
发明者K·W·Y·王, D·A·刘易斯, F·陈, B·G·西斯林斯基, H·K·托 申请人:索拉国际控股有限公司