专利名称：防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃的制作方法
技术领域：
本发明属于眼镜片玻璃，特别涉及的是一种防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃。
背景技术：
关于防辐射问题，自从1990年国际放射防护委员会(ICRP)第60号出版物发布以来，引起各国对辐射防护的高度重视，普遍采纳了该出版物中建议的职业照射防护体系，严格了职业照射剂量限制。近年放射诊断学、放射治疗学及核医学的快速发展，各国的各级辐射防护监督监管机构加强了对放射作业环境的管理，使放射性现场工作人员的防护装备，如服装、面罩、手套等护具有所改善。尽管如此，但是对人眼睛的防护还远远未达到要求。医学研究表明，人眼睛的晶状体极易受γ-和x-射线的损伤，即使受到低剂量率照射，长期工作中累积的辐射剂量也会引起生物效应，导致晶状体浑浊，造成视力下降，辐射损伤的后期还会引起白内障，严重者甚至会造成失明。
目前，市场销售的防辐射玻璃含大量的PbO，如光学玻璃ZF3、ZF4、ZF5、ZF6等牌号，含有37％以上的PbO，其铅当量＞0.2mmPb/mm玻璃，但该类高铅玻璃折射率太高，阿贝数太低(色散太低)，比重也很大，而且强度低，不能化学钢化，不适用于镜片。GB2196937提出一种改进型的防耐辐射玻璃，含有24-46％PbO及CeO2，其比重d＞3.0g/cm2，仍然不适合用于眼镜。
除γ-射线外，x-射线对人眼的损伤也是很严重的。尤其是目前大量应用的电视机和电脑的(阴极射线管)荧光屏中泄漏的波长为0.6A的x-射线，对人眼的危害极大，不论是家庭中的休闲还是职业的操作，面对荧光屏的时间过长，所以对0.6A的x-射线的防护应倍加重视，起码要佩带眼镜，而且眼镜要对这类射线有效吸收。目前市售的镜片基本不含BaO和SrO，或者很少，因而对0.6A波长x-射线的吸收很差，USP4312786，USP4812423和特公平4-59265等属于这种类型。另一类型玻璃是为彩色电视机CRT视屏而设计的，含有高达15％以上含量BaO和SrO，其0.6A的x-射线的吸收系数＞28cm-1，但这类玻璃不含PbO，吸收γ-射线能力差，如USP 4311770，USP 4734388和USP 5108960等都属于这一类型。
关于防紫外线问题，人眼的晶状体重要的功能之一是有效吸收紫外线，使其达不到眼底的视网膜，否则视网膜上的视感细胞受到严重损伤，甚至永久性损伤。在日常生活工作中，人们难免受到太阳光和人工强光源如高功率放电灯、卤钨灯等的照射，这些光源发射的短波紫外线，特别是波长小于360nm的紫外线，对视感细胞的损伤极大。虽然市场上的镜片也吸收紫外线，但吸收不够充分。必须对360nm波长以下的紫外线全部吸收，才能有效的保护眼睛，其科学依据是波长为360nm的紫外线的光学效应和生物化学效应最强，被称为化学线，对视感细胞损伤最大，因而应全部截止。
关于防视感疲劳问题，强阳光和强人工电源照射下造成的眩目感和视感疲劳是由强光引起的。人眼对黄光的视感度最高，眼睛也最容易疲劳，严重的眩目会造成类似雪盲症的暂时失明。医学研究证明，强烈的黄光会引起光致视网膜炎，它会损害人眼视感细胞中最重要亮视感受器一视锥细胞。这种亮视感的敏感度峰值波长为555nm，任何对555nm波长的有效选择性吸收的镜片都可减轻眩目和视感疲劳。USP 4284686提出一类组成相当于光变色玻璃的镜片，经过特殊处理可有效的控制555nm吸收，有防眩效果，但不能防辐射，而且对400～500nm波长范围内的可见光吸收强烈，彩色失真，不适合正常人佩带。
关于提高色彩对比度问题，随着办公自动化的发展以及个人电脑的普及，在CRT荧光屏长期工作的人员大幅度增加，不仅他们的眼睛晶状体受到波长为0.6A的x-射线微泄露损害，而且视感也受到荧光屏上合成彩色图像中增强的黄光的刺激，使操作者眼睛加速疲劳。同时还有另一负面效应，即黄光在图象中使红、绿、兰三种色彩的对比度下降。众所周知，玻璃中引入稀土Nd2O3可抑止黄色光的负面作用，有利于提高色彩对比度。特公平2-17494提出的组成中引入5-24％的Nd2O3，虽然提高了色彩对比度，但使可见光的平均透过率下降，反而增加眼睛疲劳。另外，该镜片不能有效的防辐射。
目前，尚未见到同时具有防辐射(包括γ-和x-射线)、防紫外线、防视感疲劳并能提高CRT荧光屏色彩对比度以及能够进行化学钢化等多种性能的眼镜片玻璃的报导。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是其组成范围为SiO245～55，B2O35～10，Na2O 6～10，K2O 7～10(Na2O+K2O≥13)，PbO 15～25，BaO和/或SrO 4～8，Nd2O31～4.5，CeO21～3，TiO20.5～2，Sb2O30.5～1.5，其他选择性组分还包括CaO 0～1，ZnO 0～4重量％。
上述组分的玻璃的铅当量＞0.05mm铅/mm玻璃；波长0.6A的X-射线吸收系数＞50cm-1；防紫外线截止波长＞360nm；CRT荧光屏色彩对比度高，防视感疲劳。
上述组分的玻璃的折射率ηd＝1.56～1.58，阿贝数νd＝49～53，比重d＝2.70～2.85g/cm2。
上述组分的玻璃进行钢化。
上述组分的玻璃熔化温度不超过1380℃。
本发明的有益效果是提高眼镜片玻璃的防辐射、防紫外线和防视感疲劳的性能，并能够进行化学钢化，提高眼镜片玻璃的强度，使放射性现场工作人员的防护装备更加完善，更好的保护人的眼睛。
图中a红 b绿c兰下面对各组分的限定理由以及各组分如何体现本发明的特点，作详细说明(1)SiO2作为玻璃网络结构的生成体，如果低于45％，则容易引起析晶；如果高于55％，则提高熔化温度，本发明组成范围为45～55％，可保证熔化温度不超过1380℃。
(2)B2O3同样作为玻璃网络结构的生成体，起到降低熔化温度、提高化学稳定及调节粘度的作用，5～10％最适宜，低于5％则效果不明显，高于10％则增加对耐火材料的侵蚀。
(3)Na2O和K2O分别为6～10％和7～10％，两者同时引入可提高化学稳定性，如果低于下限，则提高熔化温度，如果高于上限，则降低化学稳定性。Na2O必不可少，是玻璃具有化学钢化的能力。本发明2mm厚镜片经过480℃2小时的KNO3熔盐离子交换钢化处理，抗冲击强度提高4倍以上。另外，Na2O和K2O含量不低于13％，可以有效降低熔化温度。
(4)PbO是本发明玻璃最重要的功能组分，不仅赋予玻璃防γ-和x-射线的功能，而且提高折射率、降低熔化温度、延长料性。当PbO为15～25％时，本发明玻璃具有优良的防γ-和x-射线的功能。对于放射性同位素60Co发出的γ-射线，其铅当量大于0.05mm铅/mm玻璃，即2mm厚镜片，相当于0.1mm厚铅板，对于处于杂散γ-射线环境下的人员，应该说这是相当强的防护措施。如果PbO低于15％，则铅当量不够；如果PbO高于25％，则色散增大，不利于视力校正。
(5)BaO和/或SrO二者都有很好的吸收0.6A的x-射线的能力，可以互相取代。BaO当量是判断玻璃吸收这一射线的标志。
BaO当量＝BaO％+2×SrO％+3PbO％当BaO和/或SrO含量在4～8％，PbO在15～25％时，本发明玻璃对0.6A的x-射线吸收系数大于50cm-1，这也是相当大的吸收系数，能过完全有效的防止x-射线。如果其含量小于4，则吸收系数偏低；如果高于8％，则强烈侵蚀粘土坩埚。
(6)Nd2O3着色Nd3+离子在玻璃中产生二个特征的585和530nm吸收峰，如
图1所示。CRT荧光粉发射的红、绿、兰色光的能谱曲现在图1中简要示出，其中红色主峰为700nm，绿色为540nm，兰色为450nm。Nd3+离子的585nm吸收峰既强又陡，这一吸收带非常有效的吸收了红和绿二发射色光主波长之间的黄色光，从而可大大提高红、绿、兰散色之间的色彩对比度。同时，530nm吸收峰也起到类似的辅助作用。佩带眼镜后，感到红、绿、兰色彩对比度提高，眩光减少，视感疲劳缓解。Nd2O3的组成范围为1～4.5％，低于1％则效果差，高于4.5％则可见光平均透过率下降。Nd3+还使玻璃产生优雅的二色性，既日光下呈粉红色，荧光灯下呈兰色。
(7)CeO2可有效的吸收紫外线，低于1％则效果差，高于3％则难熔。
(8)TiO2可有效的吸收紫外线，与CeO2联合使用使紫外线截上。波长＞360nm，低于0.5％则无作用，高于2％则明显的产生铈-钛黄着色作用，虽然观察不到明显的黄色，但大大降低Nd3+离子产生的二色性。
(9)Sb2O3澄清剂，0.5～1.5％。
(10)CaO和ZnO为选择性组分，分别为0～1％和0～4％，可调整粘度，降低熔化温度，ZnO还有利于提高防辐射性能。
(11)由于上述的组成范围的合理性，本发明玻璃易于熔制，熔化温度不超过1380℃，澄清温度不超过1420℃，对粘土质耐火材料侵蚀轻微，适合于坩埚及池炉熔化。
下面就熔制工艺过程进行说明原材料采用60～120目酸洗石英砂，工业碳酸钠、工业硝酸钾、工业红丹、工业碳酸钡、工业碳酸锶、工业碳酸钙、工业氧化锌、化学纯氧化钕、化学纯二氧化铈、化学纯二氧化钛、工业氧化锑。按配方计算后称量，在混料机中混合，熔化在硅钼棒控温电炉中进行，采用5立升粘土坩埚(烧结1450℃，2小时)，熔化温度1380℃ 10小时，澄清温度1400℃ 3小时，降温5小时，同时用钢玉质搅拌器搅拌，1280℃出炉浇注，退火温度560℃。经切割，滚圆制成块料，再加热压制成Φ60mm镜片毛坯，研磨抛光成平光镜片。在480℃ KNO3熔盐中离子交换2小时，然后用Φ16mm钢球作自由落体冲击，破坏高度可达1.3米以上，提高抗冲击强度4倍以上，符合安全规定。
实例1～6玻璃组成如表1所示。
实例1～6玻璃的性能如表2所示。
比较例1由于PbO和BaO含量低于本发明所提出的范围，所以性能差，铅当量＜0.04。比较例2由于CeO2和TiO2含量低于本发明所提出的范围，所以紫外线截止波长为350nm，不能全安截止有害的紫外线。
本发明玻璃实例及比较例的组成如表1所示。表1(重量％)
表2
权利要求
1.一种防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，组成有SiO2、B2O3、Na2O、K2O、PbO、BaO，其特征是，组成范围为SiO245～55，B2O35～10，Na2O 6～10，K2O 7～10(Na2O+K2O≥13)，PbO 15～25，BaO和/或SrO 4～8，Nd2O31～4.5，CeO21～3，TiO20.5～2，Sb2O30.5～1.5，其他选择性组分还包括CaO 0～1，ZnO 0～4重量％。
2.根据权利要求1所述防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，其特征是，铅当量＞0.05mm铅/mm玻璃；波长0.6A的X-射线吸收系数＞50cm-1；防紫外线截止波长＞360nm；CRT荧光屏色彩对比度高，防视感疲劳。
3.根据权利要求1所述防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，其特征是，折射率ηd＝1.56～1.58，阿贝数νd＝49～53，比重d＝2.70～2.85g/cm2。
4.根据权利要求1所述防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，其特征是，玻璃进行钢化。
5.根据权利要求1所述防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，其特征是，熔化温度不超过1380℃。
全文摘要
本发明提供了一种防辐射、防紫外线和防视感疲劳的眼镜片玻璃，组成范围为SiO
文档编号C03C3/076GK1425621SQ0215363
公开日2003年6月25日 申请日期2002年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者杨梦桐, 杨杰 申请人:长岛县光学材料研究所