CN107735471A - 用于抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物和添加剂以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物和方法。根据本发明的浆液组合物包括研磨剂粒子和下面之一的水性分散体:聚乙烯醇化合物和叔酰胺官能化化合物。该研磨剂粒子可以是氧化铝,氧化锆,二氧化硅,二氧化钛,二氧化铈,尖晶石或者前述的组合。
Description
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种用于抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物和方法。
2.相关领域说明
本领域已知多种浆液组合物用于抛光有机聚合物基眼用基材。这样的现有技术的浆液组合物通常由分散在水和/或其他液体中的研磨剂粒子组成。常用的研磨剂粒子包括例如氧化铈,氧化铝,氧化锆,氧化锡,二氧化硅和氧化钛。氧化铝浆液最常用于抛光有机聚合物基眼用基材,例如诸如烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物,其在本领域通常称为CR-39,和其他高折射率聚碳酸酯树脂。
当用于抛光有机聚合物基眼用基材时,仅仅由分散在水中的氧化铝研磨剂粒子组成的浆液组合物产生了可接受的表面品质,但是表现出不可接受的低抛光效率(即,低移除率)。这样的浆液组合物的抛光效率可以通过使用明显更大的氧化铝粒子来改进,但是这产生了不令人满意的表面品质,即,刮痕,坑记,橘皮或者类似缺陷。
Koshiyama等人的美国专利No.4225349公开了一种抛光组合物,其由煅烧氧化铝(氧化铝粒子)和分散在去离子水中的铝盐抛光加速剂组成,其加速了CR-39基底材料的移除,而不降低表面品质。Koshiyama等人所确定的优选的抛光加速剂是硝酸铝。
CR-39,其的折射率(“RI”)是大约1.498,多年来占据了有机聚合物基眼用基材的市场。但是,近年来,已经开发了更高折射率的有机聚合物基眼用基材,并且这些较高折射率的基材在眼用镜片市场中变得更加流行。在眼用镜片应用中,该更高折射率的基材提供了优于CR-39的几个明显优点。例如由RI 1.586聚碳酸酯基材制作的镜片与由CR-39制作的相当的镜片相比更薄和重量更轻,并且进一步提供了改进的耐冲击性。这使得更高折射率有机聚合物基眼用基材更适用于制作儿童、活动成年人佩戴的护目镜和用于生产安全玻璃。通常来说,折射率越高,眼用镜片越薄和越轻。较高折射率的有机聚合物基眼用基材允许制作这样的护目镜,其是功能性的和时尚的,并且其消除了低折射率镜片中经常存在的“球根形”或者厚“可乐瓶”外观。
用于抛光CR-39的已知的浆液组合物没有提供期望的抛光效率,甚至当存在常规加速剂例如硝酸铝时也是如此。期望的是这样的浆液组合物,其提供了高的移除效率,特别是在较高折射率的有机聚合物基眼用基材上。
发明内容
本发明提供一种用于抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物和方法。本发明的浆液组合物和方法以与常规浆液组合物可实现的相比,更高的抛光效率和表面品质抛光了高折射率聚合物基眼用基材。根据本发明的浆液组合物包含研磨剂粒子和以下至少一种的水性分散体:聚乙烯醇,含聚乙烯醇的化合物和水解形成聚乙烯醇的化合物。前述任何一种可以称作“聚乙烯醇化合物”。根据本发明的另一浆液组合物包含研磨剂粒子和含有叔酰胺官能团的聚合物或者小分子量化合物的水性分散体。该研磨剂粒子可以是氧化铝,氧化锆,二氧化硅,二氧化钛或者前述的组合。根据本发明的浆液组合物可以用于抛光全部类型的有机聚合物基眼用基材,但是特别可用于抛光折射率大于1.498的有机聚合物基眼用基材,因为它们以高于常规浆液组合物的效率移除这样的材料,而不对所形成表面的品质产生不利影响。
本发明的一个实施方案是一种抛光浆液,其包括加至抛光浆液中的可分散的聚乙烯醇化合物添加剂,以改进抛光方法过程中眼用基材材料的移除速率。
本发明的一个实施方案是一种抛光浆液,其包括可分散的添加剂,其是含有叔酰胺官能团的聚合物或者其他小分子量化合物,以改进抛光方法过程中眼用基材材料的移除速率。代表性的,但非限定性例子包括聚2-乙基噁唑啉聚(N,N-二甲基丙烯酰胺),聚(N-甲基N-乙烯基乙酰胺),N-甲基己内酰胺和N-甲基-2-哌啶酮。获自亚利桑那州图森的Polymer Chemistry Innovations,Inc.。N-甲基-2-吡啶酮,和聚(2-乙基-2-噁唑啉)也是合适的。
不包括在本发明范围内,并且在此明确排除的是吡咯烷酮类组合物,聚乙烯基己内酰胺,和美国专利No.7467988所要求的那些。但是,这样的组合物可以与本发明的组合物在本文中一起使用。
本发明的前述和其他特征在下文中更充分描述,并且在权利要求中具体指出,下面的说明书详细阐述了本发明的某些示例性实施方案,但是,它们是本发明的原理可以用于其中的几个不同方式的说明。
具体实施方式
在本发明的说明书和所附的权利要求中,术语“有机聚合物基眼用基材”指的是有机热固性或者热塑性聚合物材料,其用于制作眼镜镜片和其他光学装置。包括在这个定义中的是聚碳酸酯材料例如烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物通常称为CR-39和用于制作眼用镜片的其他热固性和热塑性有机聚合物树脂。这个定义中明确排除的是无机玻璃和无机晶体基基材。术语“高折射率有机聚合物基眼用基材”指的是折射率大于1.498的那些有机聚合物基眼用基材,其是本领域称为CR-39的烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物的折射率。大部分有机聚合物基眼用基材的制造商将他们的眼用基材材料的具体组成视为私有信息。申请人不具有关于这样的材料的具体组成的知识,但是通常已知的是这样的基材属于聚合物族例如聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和聚砜。这些有机聚合物族可以是均聚物或者共聚物,并且大部分是与其他有机和无机化合物交联的和/或共聚的。大部分是热铸塑的。
根据本发明的浆液组合物可以用于抛光全部有机聚合物基眼用基材,但是特别适用于抛光高折射率有机聚合物基眼用基材。如提供的实施例所示,本发明的浆液组合物对高折射率有机聚合物基眼用基材提供了比常规浆液组合物更高的抛光效率。此外,本发明的浆液组合物提供了对传统聚碳酸酯材料例如CR-39类似的(如果没有改进的话)抛光效率。在全部应用中,本发明的浆液组合物提供了可接受的表面品质。
本发明提供另外的路线,使用新化学品族来实现眼用抛光浆液相比于本领域目前所用的抛光浆液的速率加速。另外的化学性质允许更多种的浆液性能例如粘度、易清洁等,以与不同抛光装置一起使用。
根据本发明的浆液组合物包含一种水性分散体,其包含研磨剂粒子和选自以下的至少一种:(a)聚乙烯醇化合物和(b)叔酰胺化合物及其组合。该研磨剂粒子必须选自氧化铝,氧化锆,二氧化硅,二氧化钛和前述的组合。应理解该研磨剂粒子可以与少量其他元素掺杂或者包含少量其他元素。研磨剂通常是通过高温煅烧来生产的,但是可以通过其他方法生产。煅烧的氧化铝研磨剂粒子目前最优选用于本发明。
本发明所用的研磨剂粒子,其可以是氧化铝,并且粒度可以是大约0.01至5μm,优选大约0.5μm至大约4.0μm和更优选大约1.5μm至大约2.5μm。该浆液组合物包含大约5重量%至大约40重量%,和更优选大约10重量%至大约30重量%的研磨剂粒子。
聚乙烯醇添加剂。聚乙烯醇通常是由聚乙酸乙烯酯水解形成的。对于聚乙酸乙烯酯的水解程度没有限制。此外,能够水解成聚乙烯醇的任何化合物可以用于代替聚乙烯醇。这样的化合物非限定性例子包括聚甲酸乙烯酯,聚苯甲酸乙烯酯,聚硬脂酸乙烯酯,聚氯乙酸乙烯酯,聚氟乙酸乙烯酯和聚丙酸乙烯酯。前述的组合也是可能的。这段中的化合物可以称作“聚乙烯醇化合物”。
聚乙烯醇可以以多种不同的分子量来合成制造。对于该聚合物的分子量没有限制。
可以使用聚乙烯醇的共聚物。这些聚合物可以具有侧接到聚乙烯醇主链上的另外的化学官能团。对于这些官能团的特性没有限制。
对于聚乙烯醇的化学端基没有限制。通常将聚乙烯醇化学官能化来提供另外的性能,特别是与纸张和木材产品一起使用的硼酸酯端基。用作添加剂的聚乙烯醇可以以任何化学端基来端接,例如硼酸酯,磷酸酯,硫酸酯,醛和乙酸酯。
该聚乙烯醇的重均分子量可以是大约1000至大约300000,优选大约1500至200000,更优选大约2000至100000和仍然更优选大约5000至大约75000。处于其之间的全部值也可以想到。
该浆液组合物包含大约0.01重量%至大约10重量%,优选大约0.025重量%至大约5重量%和更优选大约0.15重量%至大约4重量%的聚乙烯醇化合物。
叔酰胺官能化化合物。本发明的一个实施方案是一种抛光浆液,其包括可分散添加剂,其是含有叔酰胺官能团的聚合物或者其他小分子量化合物,以改进抛光过程中眼用基材材料的移除速率。该可溶性添加剂可以包括但不限于聚2-乙基噁唑啉聚(N,N-二甲基丙烯酰胺),聚(N-甲基N-乙烯基乙酰胺),N-甲基己内酰胺和N-甲基-2-哌啶酮。是获自亚利桑那州图森的Polymer Chemistry Innovations,Inc.。50、200和500的分子量分别是50000、200000和500000。但是其他分子量产品也是合适的,例如范围在10000-1000000,优选25000-750000,更优选50000-500000和仍然更优选75000-400000。处于其之间的全部值也可以想到。
该浆液组合物包含大约0.01重量%-大约10重量%,优选0.025重量%-大约5重量%和更优选大约0.15重量%-大约4重量%的含有叔酰胺的化合物。
硝酸铝是用于不同的眼用基材的已知的抛光效率加速剂。硝酸铝可以用于本发明的浆液组合物,而对于在高折射率有机聚合物基眼用基材上提供的效率改进不会产生不利降低。当硝酸铝用于本发明的浆液组合物时,它的存在量优选是大约0.25%-4.0重量%,且更优选大约0.5%至大约3.0重量%。
如本领域公知的,胶体氢氧化铝可以用作氧化铝研磨剂粒子的悬浮剂。当胶体氢氧化铝存在时,该浆液组合物包含大约0.5重量%-大约5重量%,且优选0.735重量%-大约4重量%的胶体氢氧化铝。
优选还使用消泡剂(也称作消沫剂)例如气相法二氧化硅处理的改性硅氧烷。这类消泡剂是本领域公知的,并且可以获自多个厂家。消泡剂通常存在的量是大约0.01重量%-大约0.30重量%,且更优选大约0.025重量%-大约0.10重量%。
根据本发明的浆液组合物优选是含水性质的,这意味着该浆液的单个组分是分散在水中,优选分散在去离子水中的。但是,也可以使用其他液体抛光介质。
应理解表面活性剂,杀生物剂,pH改变剂,pH缓冲剂,流变改性剂和其他化合物也可以存在于该浆液组合物中,只要它们不与研磨剂粒子和/或添加剂组合物(聚乙烯醇,叔酰胺官能化化合物)不利的反应和由此不对抛光浆液的效率产生不利影响,或者不对经由抛光产生的最终表面品质产生不利影响。
以下实施例的目的仅仅是说明本发明,并且不应当解释为对权利要求施加限制。
实施例
在下面的实施例中,除非另有说明,否则术语“氧化铝”指的是平均粒度是大约1.0μm至大约2.5μm的煅烧氧化铝。术语“氢氧化铝”指的是胶体氢氧化铝(~90nm勃姆石)。术语“硝酸铝”指的是溶解在水中的60重量%硝酸铝溶液。
在下面的实施例中测试的有机聚合物基眼用基材是通过它们的折射率来提及的。该有机聚合物基眼用基材的具体组成被认为是制造商所有的,并且是申请人不知道的。术语“CR-39”指的是折射率1.498的有机聚合物基眼用基材(据信包含烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物),其可以获自佛罗里达州彼得斯堡的Essilor of America,Inc.。术语“聚碳酸酯”指的是包含聚碳酸酯聚合物的有机聚合物基眼用基材,其也可以获自Essilor of America,Inc.,并且折射率是1.586。
实施例1–聚乙烯醇添加剂
聚乙烯醇。抛光浆液1和2是通过将下表1以重量百分比示出的量的组分混合在一起而各自单独制造。
浆液1 | 浆液2 | |
组分 | ||
去离子水 | 71.7 | 71.7 |
氧化铝 | 22 | 22 |
硝酸铝 | 2.8 | 2.8 |
氢氧化铝 | 2.5 | 2.5 |
SelvolTM 502 | 0.5 | |
移除速率 | ||
CR-39 | 175 | 177.6 |
聚碳酸酯 | 59 | 49.5 |
浆液1是本发明的一个实施方案,浆液2是对照物。SelvolTM 502是87-89%水解的聚乙烯醇溶液,其市售自德克萨斯州达拉斯的Sekisui Specialty Chemicals。其他的水解水平和其他水解的聚乙烯醇产品也是合适的。然后每个浆液用于抛光在移除速率部分示出的聚合物基眼用基材。所述基材在装备有碗型浆液存储器的Coburn 505光学抛光机上抛光。抛光垫是Shawsheen 349-7优质级黄色抛光垫,其获自PSI of Odessa,Fla。该光学抛光机设定是20psi和742RPM。所述存储器装备有小的循环泵。对于每个抛光测试,制备了新的1000g浆液样品。该浆液以4.54L/min的流速再循环。在每个抛光实验中,自始至终将浆液冷却到10-15℃的温度。效率是通过在每个抛光周期之后,测量每个基材的重量损失来测定,并且在上表中记录为重量损失mg/6min周期。所记录的重量损失值是经由抛光每个基材三次,然后对于三个抛光周期的重量损失平均来获得。
实施例2:叔酰胺添加剂
具有含有叔酰胺添加剂的实施例。抛光浆液3-6是通过将下表以重量百分比显示的量的组分混合在一起而各自单独制造。
浆液3-5是本发明的实施方案,浆液6是对照物。牌号产品是不同分子量的聚2-乙基噁唑啉。获自亚利桑那州图森的Polymer ChemistryInnovations,Inc.。50、200和500的分子量分别是50000、200000和500000。分子量范围10000至1百万和50000至500000也是合适的。然后该浆液用于抛光移除速率部分所示的聚合物基眼用基材。所述基材在装备有碗型浆液存储器的Coburn 505光学抛光机上抛光。抛光垫是Shawsheen 349-7优质级黄色抛光垫,其获自PSIof Odessa,Fla。该光学抛光机设定是20psi和742RPM。所述存储器装备有小的循环泵。对于每个抛光测试,制备了新的1000g浆液样品。该浆液以4.54L/min的流速再循环。在每个抛光实验中,自始至终将浆液冷却到10-15℃的温度。效率是通过在每个抛光周期之后,测量每个基材的重量损失来测定,并且在上表中记录为重量损失mg/6min周期。所记录的重量损失值是经由抛光每个基材三次,然后对于三个抛光周期的重量损失平均来获得。
另外的优点和改变将是本领域技术人员容易想到的。所以,本发明在其较宽的方面不限于本文所示和所述的具体细节和示例性实施例。因此,可以进行不同的改变,而不脱离所附的权利要求和它们的等价物所定义的本发明一般理念的主旨或者范围。
Claims (40)
1.一种抛光有机聚合物基眼用基材的方法,其包含:
提供一种浆液组合物,其包含以下组分的水性分散体:
研磨剂粒子,其选自氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、尖晶石;和
含有聚乙烯醇的化合物;和
将该浆液组合物置于抛光垫和有机聚合物基眼用基材之间;以及
用该抛光垫和浆液抛光该有机聚合物基眼用基材,以移除有机聚合物基眼用基材的表面部分。
2.根据权利要求1的方法,其中该有机聚合物基眼用基材为高折射率有机聚合物基眼用基材。
3.根据权利要求1的方法,其中该研磨剂粒子的平均粒度是大约0.01至大约5.0μm。
4.根据权利要求1的方法,其中该研磨剂粒子的平均粒度是大约1.5至大约2.5μm。
5.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物中的聚乙烯醇化合物包含重均分子量是大约1000至大约300000的聚乙烯醇。
6.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物中的聚乙烯醇化合物包含重均分子量是大约1500至大约200000的聚乙烯醇。
7.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物中的聚乙烯醇化合物包含重均分子量是大约2000至大约100000的聚乙烯醇。
8.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物中的聚乙烯醇化合物包含重均分子量是大约5000至大约75000的聚乙烯醇。
9.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物包含大约0.025重量%至大约5重量%的聚乙烯醇化合物。
10.根据权利要求1的方法,其中该浆液组合物包含大约0.15重量%至大约4重量%的聚乙烯醇化合物。
11.根据权利要求1的方法,其中该研磨剂粒子基本由氧化铝组成。
12.一种眼用镜片,其包含有机聚合物基眼用基材,该基材具有根据权利要求1的方法抛光的表面。
13.根据权利要求12的眼用镜片,其中该有机聚合物基眼用基材是高折射率有机聚合物基眼用基材。
14.一种用于抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物,其基本由研磨剂粒子、聚乙烯醇化合物和任选的消泡剂组成,其全部分散在去离子水中。
15.根据权利要求14的浆液组合物,其中该研磨剂粒子基本由氧化铝组成。
16.根据权利要求15的浆液组合物,其中该氧化铝研磨剂粒子的平均粒度是大约0.01至大约5.0μm。
17.根据权利要求14的浆液组合物,其中该浆液组合物中的聚乙烯醇化合物包含重均分子量是大约1000至大约300000的聚乙烯醇。
18.根据权利要求14的浆液组合物,其中该浆液组合物包含大约0.01重量%至大约10重量%的聚乙烯醇化合物。
19.根据权利要求18的浆液组合物,其中该浆液组合物包含大约0.15重量%至大约4重量%的聚乙烯醇化合物。
20.根据权利要求14的浆液组合物,其中该聚乙烯醇化合物选自聚乙酸乙烯酯、聚甲酸乙烯酯、聚苯甲酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚氯乙酸乙烯酯、聚氟乙酸乙烯酯和聚丙酸乙烯酯及其组合。
21.一种抛光有机聚合物基眼用基材的方法,其包含:
提供一种浆液组合物,其包含以下组分的水性分散体:
研磨剂粒子,其选自氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、尖晶石;和
含有叔酰胺的化合物;和
将该浆液组合物置于抛光垫和有机聚合物基眼用基材之间;以及
用该抛光垫和浆液抛光该有机聚合物基眼用基材,以移除该有机聚合物基眼用基材的表面部分。
22.根据权利要求21的方法,其中该有机聚合物基眼用基材是高折射率有机聚合物基眼用基材。
23.根据权利要求21的方法,其中该研磨剂粒子的平均粒度是大约0.01至大约5.0μm。
24.根据权利要求23的方法,其中该研磨剂粒子的平均粒度是大约1.5至大约2.5μm。
25.根据权利要求21的方法,其中该浆液组合物中含有叔酰胺的化合物包含重均分子量是大约1000至大约1000000的叔酰胺。
26.根据权利要求25的方法,其中该浆液组合物中含有叔酰胺的化合物包含重均分子量是大约50000至大约500000的叔酰胺。
27.根据权利要求21的方法,其中该浆液组合物包含大约0.01重量%至大约10重量%的含有叔酰胺的化合物。
28.根据权利要求27的方法,其中该浆液组合物包含大约0.15重量%至大约4重量%的含有叔酰胺的化合物。
29.根据权利要求21的方法,其中该含有叔酰胺的化合物包含选自以下的一种或多种:聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)、聚(N-甲基N-乙烯基乙酰胺)、N-甲基己内酰胺、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-吡啶酮、以及聚(2-乙基-2-噁唑啉)。
30.根据权利要求21的方法,其中该研磨剂粒子基本由氧化铝组成。
31.根据权利要求30的方法,其中该浆液组合物中含有叔酰胺的化合物包含重均分子量是大约1000至大约1000000的叔酰胺。
32.一种眼用镜片,其包含有机聚合物基眼用基材,该基材具有根据权利要求21的方法抛光的表面。
33.根据权利要求32的眼用镜片,其中该有机聚合物基眼用基材是高折射率有机聚合物基眼用基材。
34.一种用于抛光有机聚合物基眼用基材的浆液组合物,其基本由分散在去离子水中的研磨剂粒子、含有叔酰胺的化合物和任选的消泡剂组成。
35.根据权利要求34的浆液组合物,其中该研磨剂粒子基本由氧化铝组成。
36.根据权利要求35的浆液组合物,其中该氧化铝研磨剂粒子的平均粒度是大约0.1μm至大约5μm。
37.根据权利要求34的浆液组合物,其中该浆液组合物中含有叔酰胺的化合物包含重均分子量是大约1000至大约1000000的含有叔酰胺的化合物。
38.根据权利要求34的浆液组合物,其中该含有叔酰胺的化合物占该浆液组合物的大约0.01重量%至大约10重量%。
39.根据权利要求34的浆液组合物,其中该含有叔酰胺的化合物占该浆液组合物的大约0.15重量%至大约4重量%。
40.根据权利要求34的浆液组合物,其中该含有叔酰胺的化合物包含选自以下的一种或多种:聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)、聚(N-甲基N-乙烯基乙酰胺)、N-甲基己内酰胺、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-吡啶酮、以及聚(2-乙基-2-噁唑啉)。
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