光致变色聚氨酯复合材料的制作方法
【专利说明】光致变色聚氨醋复合材料
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[0002] 本申请要求申请号为13/844,065,申请日为2013年3月15日，发明名称为"光致 变色聚氨醋复合材料"的美国专利申请的优先权，本申请在此引用其全文。
技术领域
[0003] 本发明设及一种光致变色复合材料及其制备方法。具体地，本发明设及一种使用 具有涂覆底漆基底层的光致变色聚氨醋复合材料的光致变色复合材料。
【背景技术】
[0004] 光致变色制品，特别是用于光学应用的光致变色塑料材料，已成为倍受关注的主 题。特别是，光致变色眼用有机玻璃镜片（例如，注塑成型的聚碳酸醋镜片或CR39诱铸镜 片）因其相较于玻璃镜片表现出的重量优势和耐冲击性，已获商业青睐。此外，光致变色透 明片层，例如，交通工具如汽车，船只和飞机上的光致变色玻璃窗，由于该透明片层表现出 的潜在的安全特性已引起了人们的兴趣。
[0005] 聚碳酸醋眼用镜片的使用很普遍，尤其是在美国。由于大量的户外活动，对太阳镜 的耐冲击性需求也有所增加。然而，诸如聚碳酸醋类的材料由于其与光致变色染料的活化 速率低，稱色（漂白）速率低，活化强度低，历来没有被认为是最优的眼用太阳镜镜片。
[0006] 虽然如此，现已有几种方法将光致变色特性纳入到由诸如聚碳酸醋材料制成的镜 片中。其中一种方法设及将含有溶解的光致变色化合物的涂层应用于镜片表面。例如，日 本专利申请3-269507公开了将一含有溶解的光致变色化合物的热固性聚氨醋涂层应用于 镜片表面。美国专利6150430同样公开了一种用于镜片的光致变色聚氨醋涂层。运些现有 技术文献各自的内容，在此被全文引用。
[0007] 另一种方法设及使用吸液工艺涂覆镜片。在英国专利2174711或美国专利 4968454描述的工艺中，将含有光致变色化合物的溶液吸入到涂层基材中，运两篇专利在此 被全文引用。最常用的基底材料是聚氨醋。
[0008] 然而，上述描述的两种设及在镜片成型后涂覆或者吸液的方法，均具有明显缺点。 例如，为了使有足够量的光致变色化合物纳入到镜片基底中，进而在化合物被激活时提供 所需的遮光量，一般需要涂层厚度在约25ymW上。运种相对厚的涂层不适合应用在分段 多焦点镜片的表面，因为会产生无法接受的分界线并且分界线周围会产生不均匀的涂层厚 度。所需的表面平滑度也会受到不利影响。
[0009] 至于由注塑成型技术制造的镜片，用塑料材料如聚碳酸醋制得的镜片可通过注塑 成型工艺生产，该注塑成型工艺是在注入烙融塑料材料前先在模具内放置嵌件（镶嵌注塑 成型）。通过嵌件的方式可将光致变色特性纳入到镜片中。镶嵌注塑成型工艺中，烙融的塑 料树脂被注塑到已放置在模具空腔内的，例如具有如光致变色特性，的嵌件上。该工艺的一 个例子已在普通转让的美国专利6328446中公开，本申请引用其全文，其中首次将一光致 变色薄层放置在模具空腔内。然后将烙融的聚碳酸醋镜片材料注入到所述空腔内并融合到 光致变色薄层的背面。该过程生产了光致变色聚碳酸醋镜片。因为光致变色功能是由薄层 中一薄光致变色层提供，使得将光致变色聚碳酸醋镜片精磨成任何表面曲率而不损坏或降 低镜片的光致变色特性成为可能。
[0010] 光致变色镜片，也可W通过如美国公开号为2007/0122626的专利中描述的诱铸 工艺制备，本申请引用其全文。诱铸成型工艺包含将光致变色膜放置于铸造模具中，再将诱 铸单体引入模具中，然后通过加热或福射使单体在模具中固化成镜片。
[0011] 目前许多专利和出版物已公开了具有光致变色特性的树脂复合材料可考虑 用在上述镶嵌注塑成型技术或诱铸成型工艺中。例如包括日本专利申请61-276882， 63-178193,4-358145 和 9-001716 ;美国专利 4889413 ;美国公开号为 2002-0197484 的专利 和W002/093235 (本申请引用上述各专利申请和专利的全文）。最常用的结构是在两透明树 脂片层之间结合一光致变色聚氨醋基质层。虽然将聚氨醋作为光致变色基质材料使用已广 为人知，但是，专口为通过例如镶嵌注塑成型的方法制备光致变色聚碳酸醋镜片设计的光 致变色聚氨醋复合材料是独特的。
[0012] 在使用现有技术的光致变色聚氨醋复合材料常规的镶嵌注塑成型技术制造光致 变色镜片的相关问题包括聚氨醋流出和镜片分界线复制性差。"流出"发生在注塑成型过程 中聚氨醋层变形时。特别是，流出发生于高溫高压注塑成型过程中聚氨醋层烙化并从复合 材料的两透明片层间的位置脱离。流出在某种程度上最常见的是由聚氨醋过量和使用太软 的聚氨醋材料造成。分界线复制性差发生在聚氨醋层太厚时，复合材料的移动发生在模具 施加压力时。
[0013] 在至少解决流出问题的尝试中，较佳地使聚氨醋交联从而制得较硬且耐高溫的聚 氨醋材料。然而，交联聚氨醋一旦形成，就很难夹入透明树脂片层间制得合适的光致变色 复合材料。例如，交联聚氨醋一旦形成，则不溶于溶剂，因此不能使用诱铸法将其层夹入透 明树脂片层间。交联聚氨醋在与透明树脂片层通过挤出工艺制备复合材料所需的溫度范围 内既不能烙化也不能软化。目前已考虑从液态聚氨醋体系出发将交联聚氨醋纳入复合材料 中，例如美国公开号为2002/0197484的专利中所描述的，本申请引用其全文。为了高效制 备复合材料，可能会使用如日本特开专利2002-196103中所描述的网状涂层的复合材料， 本申请引用其全文。该涂层设备能够涂覆均匀的液态聚氨醋混合物层。
[0014] 然而，该层在嵌入复合时仅会部分凝固（或固化）。因此，在制备复合材料过程中 树脂片层和/或压合滚轮的任何表面缺陷都易被转移到软质聚氨醋层中。聚氨醋层中最常 见的缺陷包括因复合压力不均或处理不当引起的网线间厚度不均和薄点。为了使聚氨醋层 坚固到足W承受复合时的必要压力并且避免运些缺陷，需先固化一定时间。然而，固化会减 慢制备过程或者使网状涂层-复合法不可行。
[0015] 在美国公开号为2005/0233153的专利中（153公开）公开的概念试图至少解决与 现有聚氨醋复合材料相关的一些问题和缺陷，本申请引用其全文。然而，存在进一步解决上 述问题的需要，甚至超出了 ' 153公开的教导。
[0016] 例如，由光致变色复合材料形成的镜片的另一显著缺陷是由极端条件引起的分 层，例如来自镜框的高应力水平；极端环境条件如高溫及高湿度；来自化学试剂如清洁剂 的化学腐蚀或降解；W及佩戴者皮肤上的油脂和汗水。分层也可W通过小分子如染料和添 加剂从聚氨醋层本体迁移到树脂片层和聚氨醋层之间的界面引发。运种迁移会导致复合材 料的结合强度弱化W及镜片的过早分层。
【发明内容】
[0017] 鉴于上述情况，存在克服现有的具有光致变色特性的聚氨醋复合材料及其制备方 法相关的问题和缺陷的需要。
[0018] 例如，本申请公开了通过在配方中添加具有=个W上官能团的交联剂W在构成光 致变色聚氨醋层的分子中引入网状结构的概念。所述官能团优选活性径基或NCO基团。运 在聚氨醋固化阶段通过进行交联反应构建了网状结构，进而改善了该层的性质。
[0019] 本申请进一步公开了引入具有改善的粘合于树脂片层粘性的光致变色聚氨醋复 合材料的增强的网状结构W及引入通过使用聚氨醋底漆防止小分子迁移的阻挡层的概念。
[0020] 本发明所述的光致变色聚氨醋复合材料可应用于聚合物表面或可作为光致变色 元件独立使用。本发明所述的光致变色聚氨醋复合材料能够承受高溫并且可通过注塑成型 或诱铸方式纳入到塑料镜片中。本发明进一步设及一种光致变色复合材料，其对光致变色 层厚度和表面光滑度的控制优异，从而在激活状态下表现出均匀的深色。
[0021] 一些得到改进的性能包括增加机械强度，改善耐化学性，改善聚氨醋层与第一和 第二透明树脂片层间的粘合性，改善光致变色聚氨醋层内的内聚力，改善复合材料的耐热 性，改善复合材料的耐湿性，改善复合材料在成型过程中的耐流出性，W及改善光致变色层 的厚度和表面平滑度的控制。因此，本发明所述的光致变色聚氨醋复合材料在激活状态下 表现出了特别均匀的深色。
【附图说明】
[0022] 通过本发明的【具体实施方式】结合附图，本发明运些及其他方面的【具体实施方式】的 特征和优势非常明显，其中：
[0023] 图1为列出本发明某些实施方式的各种复合材料的实施例的物理性质表格。
[0024] 图2为测试本发明某些【具体实施方式】的复合材料特性的简要示意图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明的【具体实施方式】将参照相应附图进行描述。但是，本发明可通过多种不同 方式实施，不应理解为仅限于此处所阐述的实施方式；更确切地说，提供运些实施例是为了 使本申请公开充分，并且能向本领域技术人员充分传达本发明的研究。
[00%] 本发明的一个实施方式包含一光致变色聚氨醋复合材料，其具有一涂覆底漆的第 一树脂层，一涂覆底漆的第二树脂层，W及一具有光致变色特性的聚氨醋层。所述聚氨醋层 插置在所述第一和第二涂覆底漆的层间。
[0027] 所述聚氨醋层通过交联剂将聚氨醋与异氯酸醋活性预聚物进行交联后制得。在某 些实施方式中，所述交联剂为具有至少=个官能团的分子，其中所述官能团能够与聚氨醋 的一官能团或异氯酸醋活性预聚物的一官能团反应。也就是说，所述至少=个官能团能够 至少与聚氨醋和异氯酸醋活性预聚物其中之一的一官能团反应。运种类型的交联光致变色 聚氨醋复合材料致使复合材料具有改善的机械和材料特性，从而提供一种在制造光致变色 制品如注塑成型的光致变色镜片和/或诱铸光致变色镜片中更通用更耐用的复合材料。
[0028] 在一个实施方式中，所述交联剂为多功能醇，其至少=个官能团与异氯酸醋预聚 物的异氯酸醋基反应。在另一个优选实施方式中，所述交联剂为多功能的异氯酸醋，异氯酸 醋低聚物，或异氯酸醋预聚物，其官能团能与聚氨醋的径基反应。
[0029] 在某些实施方式中，所述聚氨醋是由包括一种或多种如式I所示的聚碳酸醋多元 醇的组合物所形成：
[0030]
[0031] 其中，"n"为3至6中一整数或其组合，"X"为使所述多元醇的分子量约等于500 至2500道尔顿的整数。
[0032] 在另一个实施方式中，所述聚氨醋是由包括一种或多种如式II所示的聚酸多元 醇的组合物所形成：
[0033] HO-[ (CRiRzM)n0]xH
[0034] 其中，叩1"和叩2"为氨或烷基，"M"为（邸山，其中"y"