DE4328675A1

DE4328675A1 - Verfahren zur Herstellung von photochromatischen Kunststofflinsen

Info

Publication number: DE4328675A1
Application number: DE4328675A
Authority: DE
Inventors: Nori Y C Chu; Jon Haglund
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1994-03-17
Also published as: GB9315620D0; JPH06108384A; IL105147A0; KR940006752A; FR2695732A1; CA2095703A1; GB2270576A; MX9302645A; BR9302073A; CN1093813A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft photochromatische Kunststofflinsen. Insbesondere bezieht sich die vorlie gende Erfindung auf ein schnelles und leistungsfähiges Verfahren zur Herstellung von photochromatischen Kunst stofflinsen durch Erhitzung mittels Mikrowellen.

Photochromatische Stoffe haben viele potentielle Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Selbstentwick lungsphotographie, Dosimetrie, Lichtsignalverarbeitung, Datenanzeige, Dekoration, Strahlenenergieüberwachung und in anderen Bereichen. Der technologische Einsatz von photochromatischen Materialien ist am häufigsten und mit größtem wirtschaftlichen Erfolg bei Augengläsern zu fin den, die vor dem Sonnenlicht schützen und die Sonnen lichtintensität regulieren sollen. Gegenwärtig werden die meisten photochromatischen Augengläserlinsen aus Glas auf Silberhalogenidbasis hergestellt. Allerdings konnten photochromatische Kunststofflinsen auf der Grundlage von photochromatischen Spirooxazin-Verbindungen Erfolge ver zeichnen.

Die Spirooxazin-Verbindungen gehören zu einer Familie von photochromatischen Verbindungen, die sich durch eine hervorragende Lichtbeständigkeit auszeichnen. Diese pho tochromatischen Verbindungen werden bevorzugt für die Herstellung von Augengläsern (sowohl für augenheilkund liche Zwecke wie auch für Sonnenbrillen) verwendet. Dies verdanken sie ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung gegenüber Lichteinwirkung und der neutralen Farbe im nichtaktivierten Zustand (d. h. bei Abwesenheit von akti vierendem ultraviolettem Licht).

Es sind viele Verfahren bekannt, um-ein Material mit photochromatischen Eigenschaften auszustatten. Zu den am häufigsten verwendeten Verfahren zählen Einfärben, Gie ßen, Beschichten und Spritzgießen. Das jeweilige Verfah ren hängt stark vom Substratmaterial ab. Die Spirooxazin- Färbungsmittel sprechen beispielsweise auf bestimmte chemische Stoffen wie Polymerisationsinitiatoren und Oxidationsmittel an und sind bei hohen Temperaturen in stabil (d. h. bei Spritzgußtemperaturen).

Zu den am häufigsten verwendeten Kunststoffen für Augengläser zählen Polymethylmetacrylat (PMMA), Zellu loseazetobutyrat (CAB), Polycarbonat und Zellulose azetatopropionat (CAP) sowie Diäthylenglykol bis (Allyl carbonat) (CR-39). Die ersten vier Stoffe sind Thermo plaststoffe, während CR-39 ein Duroplaststoff ist. Da die Verfahren für die photochromatische Behandlung von der Art des Linsensubstrats abhängen, können einige Verfah ren, die auf Thermoplaststoffe angewandt werden, für Duroplaststoffe ungeeignet sein. Das photochromatische Färbungsmittel kann beispielsweise nicht in CR-39-Mono mere gemischt werden, um zusammen mit den Monomeren poly merisiert zu werden, so daß ein Produkt entstehen würde, bei dem das Färbungsmittel einheitlich verteilt ist, da der Polymerisierungskatalysator das Färbungsmittel zer stört.

Der Färbevorgang findet im allgemeinen in einem hoch erhitzten organischen Lösungsmittelbad statt. Die am häufigsten verwendeten Lösungsmittel sind Alkohole, Gly kole und aromatische oder aliphatische Kohlenwasser stoffe. Die Duroplastlinse wird in ein Lösungsmittelbad eingetaucht, bei dem der Anteil des photochromatischen Färbungsmittels normalerweise zwischen 1% bis 10% liegt. Die Temperatur des Farbbads wird im Bereich von 90° bis 120°C aufrechterhalten, und die Eintauchdauer beträgt normalerweise eine oder mehrere Stunden. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß eine angemessene Fär bungsmittelmenge in die Linsenoberfläche diffundiert, damit eine ausreichende photochromatische Haltbarkeit erzielt wird. Die thermische Stabilität des Fär bungsmittels im Farbbad ist wegen der Kosten, die durch hohe Farbkonzentration und lange Färbzeit bedingt sind, ein erhebliches Problem.

Zwei weitere bekannte Verfahren zur Aufbringung von photochromatischen Färbungsmitteln auf Linsenoberflächen sind der Transfer in der Dampfflüssigkeitsphase und der Transfer in der festen Phase. Beim Transfer in der Dampf flüssigkeitsphase wird die Linse in Gegenwart von Dämpfen photochromatischer Färbungsmittel erhitzt. Beim Transfer in der festen Phase werden das photochromatische Fär bungsmittel und ein filmbildendes Harz in einem Lösungs mittel aufgelöst. Die daraus entstandene Lösung wird auf die Linsenoberfläche aufgebracht, wobei eine der allge mein üblichen Verfahren benutzt wird, z. B. Tauchbad, Rotationsbad oder Sprühbeschichtung. Die beschichtete Linse wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, die unter dem Schmelzpunkt des Färbungsmittels liegt, und zwar lang genug, damit das Färbungsmittel aus dem Harzfilm in das Linsensubstrat diffundieren kann. Allgemein liegt die Heiztemperatur im Bereich von 110° bis 150°C und der Heizvorgang dauert je nach Linsenhärte einige Minuten bis mehrere Stunden. Nach der Hitzebehandlung wird der Harz film entfernt. Als Heizungsquelle für diese beiden photo chromatischen Verfahren dient ein konventioneller Heiz ofen.

Die Erhitzung mittels herkömmlicher Heizöfen ist praktisch, aber nicht kostengünstig; dies gilt besonders für gehärtete Linsen. Damit entsprechende Färbungsmittel mengen in die Linse übergehen, ist eine mehrstündige Erhitzung erforderlich.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Vor schlag für ein leistungsfähigeres Verfahren zur Herstel lung von photochromatischen Kunststofflinsen. Dieses Ziel wird durch das Verfahren zur Herstellung von photochroma tischen Kunststofflinsen gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, wie in Patentanspruch 1 angegeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird einer Kunststofflinse eine photochromatische Eigenschaft verliehen (d. h. durch Fär bung der Linsenoberfläche mittels einer photochromati schen Farbmittellösung), was bei einer hohen, durch Mi krowellen erzielten Temperatur während einer vorbe stimmten Zeitspanne stattfindet.

Die Erhitzung durch Mikrowellen gemäß der vorlie genden Erfindung verringert die Erhitzungszeit erheblich, wenn man dieses Verfahren mit dem bisherigen Verfahren vergleicht, das auf der Nutzung der Konvektionswärme beruht. Folglich führt die Erhitzung durch Mikrowellen zu einem leistungsfähigen, kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von photochromatischen Kunststofflinsen.

Die oben genannten Eigenschaften und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Es wird ein neuartiges Verfahren für die Herstellung von photochromatischen Kunststofflinsen vorgestellt. Die Kunststofflinse besteht aus Kunststoff von optischer Qualität wie Polymethylmetacrylat (PMMA), Zelluloseazeto butyrat (CAB), Polycarbonat, Zelluloseazetatopropionat (CAP) oder Diethylenglykol bis (Allylcarbonat) (CR-39). Die ersten vier Materialien sind Thermoplaststoffe, wäh rend CR-39 ein Duroplaststoff ist. Andere Kunststoffe mit einem Brechungsindex, der größer als der von CR-39 ist, wurden für augenheilkundliche Zwecke entwickelt, bei spielsweise CR-400-Materialien von PPG und MR-6 von Mit sui Toatsu.

Wie im Hinblick auf die bisherige Verfahrenstechnik bereits erwähnt wurde, werden photochromatische Spiro oxazin-Verbindungen für photochromatische Kunststofflin sen verwendet, und dies wird auch für die vorliegende Erfindung in Erwägung gezogen. Die Spirooxazin-Verbin dungen gehören zu einer Familie von photochromatischen Verbindungen, die sich durch eine hervorragende Lichtbe ständigkeit auszeichnen. Diese photochromatischen Verbin dungen werden bevorzugt für die Herstellung von Augen gläsern (sowohl für augenheilkundliche Zwecke wie auch für Sonnenbrillen) verwendet. Dies verdanken sie ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung gegenüber Lichtein wirkung und der neutralen Farbe im nichtaktivierten Zu stand (d. h. bei Abwesenheit von aktivierendem ultravio lettem Licht). Vertreter der Spirooxazin-Familie der photochromatischen Verbindungen können in mehrere Unter gruppen unterteilt werden, nämlich spiroindolinonaph thoxazine (NISO), Spiroindolinopyridobenzoxazine (QISO), Spiroindolinobenzoxazine (BISO) und Spiroindolinoanthry loxazine (AISO).

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Linse eine photochromatische Eigenschaft verliehen, indem die Linse in der Lösung eines photochromatischen Färbungsmittels gefärbt wird. Die Linse wird in die Lösung des photochro matischen Färbungsmittels getaucht, die dann während eines vorbestimmten Zeitraums erhitzt wird. Nach der Erhitzung kann die Linse zum Einweichen in der erhitzten Lösung des photochromatischen Färbungsmittels verbleiben. Danach wird sie entfernt und mit einem Lösungsmittel gewaschen.

Die Hitzebehandlung wird mittels Erhitzung durch Mikrowellen verwirklicht. Die Erhitzung durch Mikrowellen hat sich im Vergleich zur bisherigen Verfahrenstechnik als sehr leistungsfähig und kostengünstig erwiesen. Bei der bisherigen Verfahrenstechnik wurde die Hitzebehand lung durch konventionelle Erhitzung erzielt. Eine Hitze behandlung unter Benutzung konventioneller Heizöfen er forderte eine Heiztemperatur im Größenbereich von 110° bis 150°C (für CR-39-Linsen) für die Dauer von einigen Minuten bis einigen Stunden, je nach Linsenhärte. Eine Erhitzung durch einen konventionellen Heizofen ist be quem, aber nicht kostengünstig, insbesondere nicht für hochgehärtete Linsen. Damit eine angemessene Färbungsmit telmenge auf die Linse übertragen wird, sind mehrere Stunden Heizzeit erforderlich. Eine Erhitzung durch Mi krowellen gemäß der vorliegenden Erfindung verkürzt die Heizzeit erheblich, wie aus den unten angegebenen Bei spielen ersichtlich ist.

Die Linsen, die in den unten angegebenen Beispielen verwendet wurden, sind hochgehärtete Aolite CR-39-Plan linsen mit einem Durchmesser von 76 mm (hergestellt von American Optical Corporation, die für die vorliegende Erfindung zuständig ist). Als photochromatisches Fär bungsmittel wurde eine Mischung aus 1,3,3,4,5- und 1,3,3,5,6-Pentamethyl-9′-Methoxy-NISO-Isomer-Mischung verwendet. Außerdem wurde zur Ermittlung der Fär bungsmittelmenge, die auf das Linsensubstrat übertragen wurde, das Absorptionsvermögen der Linse bei 360 nm vor und nach der photochromatischen Behandlung gemessen.

Beispiel 1

In einem ersten Beispiel nach der bisherigen Verfah renstechnik wurde 1,2 kg Propylenglykol in einen 1,5-l-Glas becher gegeben. Das Lösungsmittel wurde mit Hilfe einer Heizplatte auf 115°C erhitzt. Vierundzwanzig (24) g photochromatisches Färbungsmittel wurde dem Lösungs mittel hinzugefügt. Es wurden zwei Aolite-Linsen verwen det, wobei eine Linse 1 Stunde lang und die andere Linse 2 Stunden lang im Farbbad eingetaucht wurden. Die Ände rung der Absorptionsfähigkeit bei 360 nm vor und nach der Behandlung betrug bei der ersten Linse (d. h. einstündige Behandlung) 0,18 und bei der zweiten Linse (d. h. zwei stündige Behandlung) 0,25.

Beispiel 2

In einem zweiten Beispiel nach der bisherigen Verfah renstechnik wurde eine 2%-ige Farbbadlösung in einem Metalltiegel hergestellt und mittels einer Heizplatte auf 152°C erhitzt. Zwei Aolite-Linsen wurden durch einstün diges Eintauchen in das Farbbad gefärbt. Die Aufnahme des Färbungsmittels wurde anhand der Änderung der Absorp tionsfähigkeit bei 360 nm gemessen und betrug 0.46 für beide Linsen.

Beispiel 3

In einem ersten Beispiel gemäß der vorliegenden Er findung wurde ein 1-l-Glasbecher mit 500 g Propylenglykol und 10 g photochromatischem Färbungsmittel zusammen mit der darin enthaltenen Linse in einen Mikrowellenherd gestellt (d. h. Goldstar, 800-MBit-Modell) und 6 Minuten lang erhitzt. Die Linse wurde dann noch weitere 15 Mi nuten lang in der erhitzten Lösung belassen. Danach wurde die Linse aus der Lösung entfernt und mit Azeton gewa schen. Nach dem Erhitzen betrug die Temperatur der Lösung 167°C. Die Änderung der Absorptionsfähigkeit der Linse bei 360 nm betrug 0.37.

Beispiel 4

In einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wurden weitere 5 g Färbungsmittel zur Lösung aus Beispiel 3 hinzugefügt, so daß eine 3%-ige Lösung entstand. Eine Linse wurde gefärbt, indem sie in die Lösung eingetaucht wurde und die Lösung mit der darin enthaltenen Linse 6 Minuten lang unter Verwendung des Mikrowellenherds erhitzt wurde. Danach wurde die Linse entfernt und mit Azeton gewaschen. Die Änderung der Ab sorptionsfähigkeit der Linse bei 360 nm betrug 0.60.

Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich in deutlich kürzerer Zeit Ergebnisse erzie len, die mit den Ergebnissen der bisherigen Verfahrens technik vergleichbar sind. Dies ist deutlich zu erkennen, wenn man die Zeiten vergleicht, die einerseits bei den Beispielen 1 und 2 nach der bisherigen Verfahrenstechnik und andererseits bei den Beispielen 3 und 4 gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.

Obwohl die Färbung die bevorzugte Methode ist, um einer Linse photochromatische Eigenschaften zu verleihen, können auch andere bekannte Methoden wie Gießen, Be schichten und Spritzgießen eingesetzt werden. Das Anwen dungsverfahren hängt vom verwendeten Linsenmaterial ab. Spirooxazin-Färbungsmittel sprechen beispielsweise auf bestimmte chemische Stoffe wie Polymerisationsinitiatoren und Oxidationsmittel an und sind bei hohen Temperaturen (d. h. bei Spritzgußtemperaturen) instabil. Außerdem kön nen sich einige Verfahren, die bei Thermoplaststoffen angewandt werden, nicht für Duroplaststoffe eignen. Das photochromatische Färbungsmittel kann beispielsweise nicht in CR-39-Monomere gemischt werden, um zusammen mit den Monomeren polymerisiert zu werden, so daß ein Produkt entstehen würde, bei dem das Färbungsmittel einheitlich verteilt ist, da der Polymerisierungskatalysator das Färbungsmittel zerstört.

Statt dessen kann der bereits erwähnte Transfer in der festen Phase zur Anbringung des photochromatischen Fär bungsmittels auf eine Linsenoberfläche in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beim Transfer in der festen Phase werden das photochromatische Färbungsmittel und ein filmbildendes Harz in einem Lö sungsmittel aufgelöst. Die daraus entstandene Lösung wird auf die Linsenoberfläche aufgebracht, wobei eines der üblichen Verfahren benutzt wird, z. B. Tauchbad, Rota tionsbad oder Sprühbeschichtung. Die beschichtete Linse wird anschließend auf eine hohe Temperatur erhitzt, die unter dem Schmelzpunkt des Färbungsmittels liegt, und zwar lang genug, damit das Färbungsmittel aus dem Harz film zum Linsensubstrat diffundieren kann.

Obwohl bevorzugte Verwirklichungen der vorliegenden Erfindung aufgezeigt und beschrieben wurden, können ver schiedene Modifikationen und Änderungen an diesen Ver wirklichungen vorgenommen werden, ohne daß vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird, da die erwähnten Beschreibungen als Erläuterungen und nicht als Ein schränkungen aufzufassen sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von photochromatischen Kunststofflinsen, das folgende Verfahrensschritte umfaßt Herstellung einer Lösung eines photochromatischen Färbungsmittels;
Eintauchen einer Kunststofflinse in die Lösung des photochromatischen Färbungsmittels; gekennzeichnet durch
Erhitzung der Lösung des photochromatischen Färbungsmittels durch Mikrowellen, zusammen mit der darin enthaltenen Linse während eines vorbestimmten Zeitraums;
Entfernen der Kunststofflinse aus der erhitzten Lösung des photochromatischen Färbungsmittels nach Verstreichen des vorbestimmten Zeitraums; Waschen der Kunststofflinse mit einem Lösungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung des photochromatischen Färbungsmittels eine Spirooxazin-Verbindung enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Spirooxazin-Verbindung Spiroindolinonaphtoxazin, Spiroindolinopyridobenzoxazin, Spiroindolinobenzoxazin oder Spiroindolinoanthryloxazin umfaßt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Erhitzung durch Mikrowellen eine Erhitzung durch Mikrowellen umfaßt, für die ein Mikrowellenherd verwendet wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse einen Thermoplast- oder Duroplaststoff enthält.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse Polymethylmetacrylat (PMMA), Zelluloseazetobutyrat (CAB), Polycarbonat, Zelluloseazetatopropionat (CAP) oder Diäthylenglykol bis (Allylcarbonat) (CR-39) enthält.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung des photochromatischen Färbungsmittels rund 1% bis rund 10% eines photochromatischen Färbungsmittels enthält.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß folgende zusätzliche Verfahrensschritte hinzukommen: Einweichen der Kunststofflinse in der durch Mikrowellen erhitzten Lösung des photochromatischen Färbungsmittels für einen vorbestimmten Zeitraum und Entfernen der Kunststofflinse aus der erhitzten Lösung des photochromatischen Färbungsmittels nach Ablauf einer vorbestimmten Eintauchzeit.

9. Verfahren zur Herstellung von photochromatischen Kunststofflinsen, das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet Beschichtung der Oberfläche einer Kunststofflinse mit einer Lösung eines photochromatischen Färbungsmittels;
Erhitzung der beschichteten Kunststofflinse mittels Mikrowellen während eines vorbestimmten Zeitraums, wobei das photochromatische Färbungsmittel aus einem Harzfilm zur Oberfläche der Kunststofflinse diffundiert; und
Entfernung des Harzfilms.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsphase das Eintauchen der Linse in die Lösung des photochromatischen Färbungsmittels umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsphase eine Rotationsbeschichtung umfaßt, bei der die Oberfläche der Kunststofflinse mit der Lösung des photochromatischen Färbungsmittels beschichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsphase die Besprühung der Oberfläche der Linse mit der Lösung des photochromatischen Färbungsmittels umfaßt.

13. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse einen Thermoplast- oder Duroplaststoff enthält.

14. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse Polymethylmetacrylat (PMMA), Zelluloseazetobutyrat (CAB), Polycarbonat, Zelluloseazetatopropionat (CAP) oder Diäthylenglykol bis (Allylcarbonat) (CR-39) enthält.

15. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung des photochromatischen Färbungsmittels das photochromatische Färbungsmittel und das Harz enthält, die in einem Lösungsmittel gelöst sind.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das photochromatische Färbungsmittel eine Spirooxazin- Verbindung enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirooxazin-Verbindung Spiroindolinonaphtaxazine, Spiroindolinopyridobenzoxazine, Spiroindolinobenzoxazine oder Spiroindolinoanthryloxazine enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einen Alkohol, ein Glykol, einen aromatischen Kohlenwasserstoff oder einen aliphatischen Kohlenwasserstoff enthält.

19. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Erhitzung durch Mikrowellen eine Erhitzung durch Mikrowellen mittels eines Mikrowellenherdes umfaßt.

20. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Entfernens darin besteht, daß der Harzfilm durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernt wird.