CN105264406A - 包含涂覆有特定硬涂层的丙烯酸基底的光学物品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学物品，例如眼镜片，包括一个丙烯酸基底(1)，该基底涂覆有一个由组合物形成的特定硬涂层(2)，该组合物包含一种水解的烷氧基硅烷、一种胶体金属氧化物以及一种聚甘油醚。

Description

包含涂覆有特定硬涂层的丙烯酸基底的光学物品

发明领域

本发明涉及一种眼镜片，该眼镜片包含一种丙烯酸基底和施加在所述基底上的一种特定涂层组合物。这种组合显示出就粘附性和耐磨损性而言良好的性能同时保持高光学品质。

发明背景

透明有机材料的眼镜片比无机玻璃更轻并且现在被广泛地使用。在用作眼镜片的有机玻璃的聚合物中，可以提及的是丙烯酸聚合物。它们具有存在于低雾度、高透明度组合物中的优点，具有大约1.6的高折射率，其制造相对便宜。

有机玻璃例如丙烯酸基底的一个主要问题是它比常规无机玻璃对刮擦和磨损更敏感。众所周知的是将一种耐磨损涂层组合物施加到一个有机基底的表面上用于形成一个硬涂层，该硬涂层改进了表面机械特性，诸如耐刮擦性和/或耐磨损性。然而，已知这些丙烯酸基底提供差的与它们的涂层的粘附性。

诸位发明人现已发现一种特定涂层组合物可以用作丙烯酸基底的硬涂层，并且出人意料地，此组件显示出就基底和硬涂层之间的粘附性和耐磨损性而言的高性能，同时保持高光学品质。

此外，诸位发明人已经示出这种涂层可以施用到丙烯酸基底上，而不需要该基底的任何物理预处理如等离子体、电晕或UV照射，或在该基底与该硬涂层之间插入一个底漆涂层(如聚氨酯胶乳或氨基硅烷层)以便改进硬涂层的粘附性。具体地，在本发明中使用的涂层组合物中使用的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPTGE)显著增强了涂层与丙烯酸基底的粘附性。

本发明因此提供了产生具有高产品产率的低成本眼镜片的一种方法，因为它不要求基底的昂贵处理。

发明概述

本发明的第一个目的是提供一种耐磨损涂层(硬涂层)，该涂层具有良好的耐磨损性和与丙烯酸基底的粘附性，无论此类基底是否已经进行预处理。

本发明的第二个目的是提供一种耐磨损涂层，该涂层提供了，一旦固化，沉积在其上的后续涂层的良好的粘附性，而不要求附加的物理预处理步骤，诸如电晕或等离子体预处理。

诸位发明人通过将包含特定化合物的一种高折射率耐磨损涂层组合物施用到丙烯酸基底上并且小心地控制它们各自的量已经设计了具有以上所描述的特性的一种眼镜片。

本发明因此是针对一种眼镜片，该眼镜片包含：

(a)一个丙烯酸基底，

(b)一个耐磨损涂层，该耐磨损涂层被施用到所述基底的至少一个表面上并且通过固化一种组合物获得，该组合物包含以下组分：

(a)表示该组合物的干重的从10至95干wt％的一种水解的烷氧基硅烷的单体化合物，

(b)至少一种胶体金属氧化物化合物，其选自：钛、锆、铈、铌、钽、和/或锡；

(c)表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚，

其条件是这些组分的总量不超过该组合物的干重的100干wt.％。

在本发明的一个优选的实施例中，该涂层组合物进一步包含一种金属醇盐(d)，该金属醇盐能够与该水解的烷氧基硅烷反应。

本发明进一步涉及一种用于制造眼镜片的方法，该方法包括：

-提供一个丙烯酸基底，

-将一种耐磨损涂层组合物施用到所述基底的至少一个表面上，所述涂层组合物包含以下组分：

(a)表示该组合物的干重的从10至95干wt％的一种水解的烷氧基硅烷的单体化合物，

(b)至少一种胶体金属氧化物化合物，其选自：钛、锆、铈、铌、钽、和/或锡；

(c)表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚，

其条件是这些组分的总量不超过该组合物的干重的100干wt.％，

-将该涂层组合物在

从120℃至135℃范围的温度下，并且优选地在120℃下固化一段在2与3小时之间的时间。

本发明的其他目的、特征和优点将从下面的详细描述中变得明显。然而，应该理解详细描述和特定实例，虽然说明本发明的特定实施例，但仅是通过举例给出，因为根据这种详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员将变得是明显的。

附图简述

附图描述了本发明的眼镜片的一个实施例，该眼镜片包括一个丙烯酸基底、沉积在该基底上的一个硬涂层以及沉积在该硬涂层上的一个功能层。

发明详细说明

在本发明中使用的耐磨损热可固化涂层组合物包含并且优选组成为如下文所定义的以下化合物的混合物，并且按以下各自的量使用：

(a)表示该组合物的干重的从10至95干wt％的一种水解的烷氧基硅烷的单体化合物，

(b)至少一种胶体金属氧化物化合物，其选自：钛、锆、铈、铌、钽、和/或锡；

(c)表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚，

其条件是这些组分的总量不超过该组合物的干重的100干wt.％。

根据一个优选的实施例，在该涂层组合物中使用的烷氧基硅烷可以具有下式：

(R¹O)_3-nSi(R³)_n-W

其中：

R¹是选自：具有1至6个碳原子的烷基，优选甲基或乙基、乙酰基、或氢原子，

R³是一个不可水解的基团，如具有从1至6个碳原子的烷基，优选甲基，

n是0或1，优选0，

W是含有至少一个环氧基团的一个有机基团，如-(CH₂)_m-Y基团，其中m是在从1至6的范围内并且优选为3，并且Y是：

其中R²是一个甲基或氢原子，优选氢原子。

以下是此类烷氧基硅烷的实例：γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基-三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基-硅烷。在本发明中优选使用γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)。

在另一个实施例中，该烷氧基硅烷可以选自具有下式的化合物：

其中两个基团T¹和T²独立地选自具有1至10个碳原子的烷氧基，并且Z¹和Z²独立地选自具有1至10个碳原子的烷氧基、具有1至10个碳原子的烷基以及具有6至10个碳原子的芳基，如苯基。此类烷氧基硅烷的实例是：二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)、甲基苯基二甲氧基-硅烷和原硅酸四乙酯(TEOS)。

为了本发明的目的，人们优选使用γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)。这种烷氧基硅烷在被混合到该组合物的其他组分之前进行水解，以便使用已知的溶胶凝胶法产生耐磨损涂层。水解可以如在本领域中已知的通过使用酸性催化剂(例如盐酸、硫酸、磷酸、硝酸和乙酸)在水的存在下进行。该烷氧基硅烷的量是在该组合物的干重的从10至95干wt.％、优选从10至50干wt.％并且更优选从15至30干wt.％的范围内。

在水解后，将选自钛、锆、铈、铌、钽、锡以及这些化合物的混合物的至少一种胶体金属氧化物化合物分散在该烷氧基硅烷水解产物中。该金属氧化物优选地是氧化铈。金属氧化物的量可以是在该组合物的干重的从1至10干wt.％并且优选从2至5干wt.％的范围内。

在一个优选实施例中，将一种金属醇盐如正丁醇钛引入到如此获得的混合物中。金属醇盐的量可以是在该组合物的干重的从1至50干wt.％并且优选从10至25干wt.％的范围内。

在本发明中使用的涂层组合物进一步包含表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚。多缩水甘油醚的量可以优选地是在该组合物的干重的从1至50干wt.％并且更优选从5至20干wt.％的范围内。在一个优选的实施例中，可以使用的多缩水甘油醚的实例是三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPTGE)。已经发现此化合物有助于改进与丙烯酸基底的粘附性。

这种组合物可以进一步包括各种添加剂，例如像润湿剂、表面活性剂、颜料、着色剂、酸类以及碱类。

如附图所示，可以例如通过浸涂或旋涂将以上涂层组合物2施用到一个透明丙烯酸基底1上。

其上施用了以上所述的热耐磨损涂层组合物的基底是典型地用于光学器件和眼科学的一种丙烯酸基底。例如，此类基底可以通过聚合一种组合物获得，该组合物包含至少一种(甲基)丙烯酸酯单体和任选地一种芳香族乙烯基单体。

通过(甲基)丙烯酸酯单体，它是指一种具有下式的官能团：

其中R₁是H或-CH₃。

优选地，(甲基)丙烯酸酯单体具有下式：

其中：

R是一个直链或支链的、单价或多价的、脂肪族或芳香族烃基，

R₁是H或-CH₃并且

n是从1至6的整数；优选地从1至3(含)。

芳香族乙烯基单体可以是一种具有下式的单体：

[(CH₂＝CH)(A)_a]_bB

其中：

B表示选自苯基、联苯基、萘基以及苯基甲苯基的一个基团，其中这些基团中的每一个可以被卤素原子或具有1至6个碳原子的烷基基团，优选地有利地未被取代的苯基基团单取代或二取代，

A是具有1至6个碳原子的一个直链或支链的亚烷基基团，其中一个碳原子可以被一个氧原子或硫原子替换，

a是从0至2(含)的整数，优选0，

b是从1至3(含)的整数。

优选的芳香族乙烯基单体是苯乙烯和二乙烯基苯。

此类基底的组合物还可以包含在可聚合组合物中常规使用的其他单体和/或添加剂以调整特性，如光学折射率、黄色指数、以及阿贝数的。

出人意料地，已经发现以上描述的涂层组合物充分粘附到丙烯酸基底上，而不要求底漆或机械或物理(等离子体或电晕)预处理以活化表面并且改进粘附性。因此，根据本发明的一个实施例，该涂层组合物是直接施用到基底上而不首先使所述基底经受适合于活化其表面的任何物理预处理。

该组合物可以在从120℃至135℃范围的温度下，并且优选地在120℃下热硬化一段在2与3小时之间的时间。在一个优选的实施例中，在固化步骤之前，在70℃至85℃下进行一个预固化步骤持续一段在5与20分钟之间的时间。这个涂层的厚度可以在从1至10μm、并且优选地从2至4μm的范围内并且它的折射率通常是至少1.55并且优选地至少1.58。

因此有可能获得一种眼镜片，该眼镜片包含涂覆有硬涂层的一个丙烯酸基底，该硬涂层具有大于3的耐磨指数。

本发明的眼镜片包括平光镜片、护目镜、以及处方(Rx)镜片。此类镜片可以包括成品镜片(F)、半成品镜片(SF)、渐进式多焦点镜片(PAL)、多焦点镜片、单焦点镜片以及无焦点镜片。

该眼镜片任选地进一步包括可以放置在镜片的前侧(即在硬涂层上)、背侧，或和镜片的前侧和背侧上的至少一个功能涂层3。此功能涂层可以选自下组，该组由以下各项组成：抗反射涂层、抗UV涂层、极化涂层、颜色过滤涂层、光致变色涂层、抗静电涂层、着色涂层、防雾涂层以及抗污涂层。

实例

本发明将通过以下非限制性实例进一步说明，这些非限制性实例仅出于说明性目的给出并且不应限制所附权利要求的范围。

实例1：制备涂覆的镜片

首先制备根据本发明的硬涂层组合物，该组合物包含以下组分，其量是以重量份表示：

表1：硬涂层组合物中各组分的量

以下具有1.6的折射率的四个商业硬涂层也被用作对比组合物：

组合物2：由DON公司供应的60

组合物3：由GAEMATECH公司供应的

组合物4：由JGCC&C公司供应的H

组合物5：由FINECOAT公司供应的

将以上组合物1至5施用在具有1.60的折射率的丙烯酸基底上。

将镜片的表面首先进行清洁并且通过在5％至20％NaOH水溶液中在50℃至60℃下用超声处理3至15分钟紧接着用去离子水冲洗来制备。

将所测试的硬涂层组合物通过在凸面侧旋涂或通过浸涂在基底的两侧上来沉积。将涂覆的镜片在70℃至85℃下预固化5-20分钟以除去溶剂并且随后在120℃下聚合3小时。

实例2：评价涂覆的镜片的性能

然后评价在实例1中制备的各种涂覆的镜片的耐磨损性和粘附性。

对于耐磨损性测量，使用从根据标准ASTMF735.81进行的拜尔试验获得的值。拜耳试验中的高值对应于高的耐磨损性程度。

对于粘附试验，在不同条件下在这些镜片上进行交叉线粘附性测试(ISTM02-010)：

-无这些镜片的特别给湿(conditioning)(被称为“粘附性”的测试)

-在已经使镜片经受UV老化持续从40h至80h范围内的时间段后(QSUN粘附)。UV老化是在来自Q-LAB的氙气试验室Xe-3中在20％(±5％)的相对湿度下和在23℃(±5℃)的温度下进行的。将该镜片引入这个室中并且使凸侧暴露于光。使该镜片暴露于UV持续40小时并且然后经受交叉线测试。如果该镜片通过该测试，使其再次经受40小时的UV暴露。

结果：

以上试验的结果总结在下表中：

组合物	1(本发明)	2	3	4	5
						HC厚度(μm)	2.4	3.5	2.7	2.6	2.4
折射率	1.58	1.58	1.59	1.59	1.61
						HC砂拜耳	Rc＝3.1	Rc＝2.2	Rc＝1.4	Rc＝1.6	Rc＝1.4
交叉线	0	0	0	0	0
						QSun HC粘附	通过	失败	通过	通过	通过

表2：丙烯酸基底上的硬涂层的性能

如从此表中可以看出，仅本发明的特定组合物(组合物1)提供了与丙烯酸基底的良好的粘附性(其在UV暴露后保留)和高耐磨损性(其优于所测试的使用商业硬涂层(组合物2至5)获得的耐磨损性)二者。

Claims (9)

1.眼镜片，包括：

(a)一个丙烯酸基底(1)，

(b)一个耐磨损涂层(2)，该耐磨损涂层被施用到所述基底的至少一个表面上并且通过固化一种组合物获得，该组合物包含以下组分：

(a)表示该组合物的干重的从10至95干wt％的一种水解的烷氧基硅烷的单体化合物，

(b)至少一种胶体金属氧化物化合物，其选自：钛、锆、铈、铌、钽、和/或锡；

(c)表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚，

其条件是这些组分的总量不超过该组合物的干重的100干wt.％。

2.根据权利要求1所述的眼镜片，其中所述涂层组合物进一步包含(d)一种金属醇盐。

3.根据权利要求1所述的眼镜片，其中该多缩水甘油醚包含三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPTGE)。

4.根据权利要求1所述的眼镜片，该眼镜片具有大于3的耐磨指数。

5.根据权利要求1所述的眼镜片，其中该耐磨损涂层具有至少1.55的折射率。

6.根据权利要求1所述的眼镜片，该眼镜片进一步包含放置在该耐磨损涂层上的至少一个功能涂层(3)，所述功能涂层是选自下组，该组由以下各项组成：抗反射涂层、抗UV涂层、极化涂层、颜色过滤涂层、光致变色涂层、抗静电涂层、着色涂层、防雾涂层以及抗污涂层。

7.用于制造眼镜片的方法，该方法包括：

-提供一个丙烯酸基底，

-将一种耐磨损涂层组合物施用到所述基底的至少一个表面上，所述涂层组合物包含以下组分：

(a)表示该组合物的干重的从10至95干wt％的一种水解的烷氧基硅烷的单体化合物，

(b)至少一种胶体金属氧化物化合物，其选自：钛、锆、铈、铌、钽、和/或锡；

(c)表示该组合物的干重的从1至65干wt％的一种多缩水甘油醚，

其条件是这些组分的总量不超过该组合物的干重的100干wt.％，

-将该涂层在从120℃至135℃范围的温度下，并且优选地在120℃下固化一段在2与3小时之间的时间。

8.根据权利要求7所述的方法，该方法进一步包括在70℃至85℃下持续一段在5与20分钟之间的时间的一个预固化步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述涂层组合物是直接施用到所述基底上，而不首先使所述基底经受适合于活化其表面的任何物理预处理。