CN1152273A - 塑料透镜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过浇铸聚合法来制造一种没有或者极少光学变形的聚氨酯类树脂等的塑料透镜的制造方法，在浇铸聚合进程中，一边使模壳作适度的运动，例如特定的旋转运动，使旋转轴几乎水平地进行旋转运动，以便使注入到模壳中的单体的任意微小部分所受重力的方向进行连续的变化，一边进行聚合。
Description
本发明涉及一种适用于眼镜用镜片、太阳镜(サングラス)用镜片、照相机用透镜等的光学用的，光学上均质的塑料透镜的制造方法。
与玻璃透镜相比，塑料透镜具有重量轻、不易破裂等特点，因此近年来广泛地应用于眼镜镜片、照相机透镜等光学仪器中。特别是眼镜用塑料透镜由于原料树脂的高折射化及低比重化，因此其用量急速地增加。
作为原料树脂，长期以来虽然可以使用二甘醇双碳酸烯丙酯树脂，但是近年来，为了获得具有更高折射率的树脂，人们正在开发一种由多异氰酸酯化合物与多元醇或多元硫醇反应而获得的聚氨酯类树脂。
作为聚氨酯透镜的制造方法，已知的有利用下列各种反应的方法，例如，在特开昭57-136601号公报中提出的多异氰酸酯化合物与多元醇化合物的反应、在特开昭58-164615号公报中提出的由多异氰酸酯化合物与含有卤素原子的多元醇化合物的反应、在特开昭60-194401号公报中提出的由多异氰酸酯化合物与含有二苯硫醚骨架的多元醇化合物的反应，在特开昭60-217229号公报中提出的由聚异氰酸脂化合物与含有硫原子的多元醇化合物的反应、在特开昭60-199016号公报、特开昭62-267316号公报、特开昭63-46213号公报、特开平5-320301号公报等文件中提出的由聚异氰酸脂化合物与一种由巯基取代多元醇中的羟基而成的多元硫醇的反应。这些聚氨酯透镜的制造通常是按照浇铸聚合法来进行。
过去，在浇铸聚合中，如图5所示，使用模片4和4-1及密封垫片5组成一种称为模壳(shell)的透镜制造用的成形模8，用一个弹簧6将该成形模8夹紧，然后将作为聚合材料的单体等的树脂前体7注入其内部空间，将其放入加热炉内在静置的状态下进行聚合。
关于通过浇铸聚合来制造塑料透镜的情况，在特开平5-212732号公报中公开了一种方法，该方法是向多异氰酸酯和多元醇中分别地加入各种添加剂，获得两种均一的混合液，将它们分别地进行脱气，然后将这两种液体一边连续地混合一边注入透镜制造用的成形模内，接着进行浇铸聚合，从而制得一种没有气泡，光学性能优良的透镜。
另外，在按照上述的浇铸聚合来制造塑料透镜的情况下，聚合温度和聚合时间是重要的。例如，特开平5-212732号公报中记载，初期温度优选为5～50℃，在5～50小时内升温至100～140℃，当初期温度低于5℃时，聚合时间过长，当初期温度高于50℃时，所获的透镜容易产生光学性能不均质的现象。
然而，即使考虑了上述的问题，将模壳静置于加热炉内按照以往的浇铸聚合来制造塑料透镜的制造方法，很难获得完全没有称为脉纹的光学变形的透镜，妨碍了合格率的提高，难以降低制造成本。
虽然在聚合过程中产生光学变形的原因尚不清楚，但是可以认为，在聚合过程中，由于受到来自外部的热而进行聚合时，处于成形模内部的单体慢慢地发生反应，随着单体聚合成为低聚物，而比重逐渐变化，由于产生比重差而引起了单体和低聚物的移动，其移动的轨迹就是形成脉纹的原因之一。
本发明者们基于上述的考虑研究出一种用于防止单体和低聚物移动的方法，开发了一种用于制造完全没有或者极少光学变形的塑料透镜的制造方法，至此便完成了本发明。
本发明所需解决的课题是在按照浇铸聚合法来制造塑料透镜时防止产生光学变形。
本发明是一种塑料透镜的制造方法，该方法是按照浇铸聚合法来制造塑料透镜，其特征在于，向透镜制造用的成形模(下面，本发明将其称为模壳)中注入作为聚合材料的树脂前体，使该模壳进行这样一种运动，以便使所说树脂前体的任意微小部分所受重力作用的方向发生变化，也就是一边按照使内部的单体不受离心力或惯性力等影响的程度进行比较低速的运动，一边进行聚合。
上述的所谓树脂前体，是指供浇铸聚合用的材料，它主要是单体，但也可以是低聚物。在本发明中，下面是仅仅作为单体来说明。
在前文所述的浇铸聚合过程中，作为施加于模壳的运动，只要是能使内部的单体的任何微小部分所承受的重力的方向发生连续的、逐渐变化的运动，不管是什么运动都可以，但是，从容易控制的观点考虑，优选是旋转运动。特别是模壳的旋转轴按照几乎水平的特定方向的旋转运动。
也就是说，上述模壳的旋转轴相对于水平方向也可以发生倾斜，但是该倾斜角度越大，则单体承受的重力作用的方向变化越小，因此不好。
另外，在上述按照浇铸聚合的制造方法中，特别有效的方法是一边使已注入单体的模壳沿着几乎水平方向的旋转轴进行旋转移动，一边进行聚合。
在上述的浇铸聚合过程中，所谓使模壳按特定方向的旋转运动将在下面描述。
把按照规定的方法配制好的单体溶液注入模壳中，用塞子封住注入口以避免单体溶液泄漏，然后使该模壳按垂直方向作旋转运动。所谓垂直方向的旋转运动是指使已经注入单体的模壳以几乎呈水平方向的旋转轴为轴心进行旋转或者沿着该轴进行旋转(转动)。
模壳的旋转速度(转数)为0.1～60rpm，优选是在0.5～40rpm的比较低的速度范围内。也就是说，如果速度高于上述范围，则离心力会对内部的单体产生影响，另一方面，如果速度低于上述范围，则内部单体所受重力作用的方向变化迟缓，因此，速度在上述范围外皆不能达到改善光学变形的目的。
应予说明，作为上述的旋转运动，除了可以使模壳按一个方向作旋转或旋转移动之外，也包含按正、反两个方向进行反复的旋转或转动。
另外，本发明特别适用于制造聚氨酯类树脂的透镜，但是其他的树脂，例如丙烯酸、CR-39等在光学透镜方面应用的树脂也可以使用。
上述的浇铸聚合，可以将单官能性或多官能性的单体，单独地或它们的混合物填充入一个由模片与密封垫片组合而成的透镜制造用的模壳中，再通过热或光的作用使其固化并成形为模壳的形状。
在本发明中，作为用于制造聚氨酯透镜的单体使用的聚异氰酸脂化合物没有特殊限定，但是可以举出：甲苯撑二异氰酸酯、二甲苯撑二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化二甲苯撑二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯撑二异氰酸酯双(异氰酸甲酯)二硫醚、2，5-双环[2，2，1]庚烷双(异氰酸甲酯)、2，6-双环[2，2，1]庚烷双(异氰酸甲酯)等。
在本发明中在为了制造聚氨酯透镜而用于与多异氰酸酯反应的多元醇没有特殊限定。例如可以举出：乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇、戊二醇、己三醇等，但是从折射率的观点考虑，优选是使用那些由上述的多元醇中羟基的一部分或全部被巯基取代了的四(巯甲基)甲烷、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、1，2-双[(2-巯乙基)硫代]-3-巯基丙烷、4-巯甲基-3，6-二硫代-1，8-辛二硫醇等含有硫原子的化合物作为透镜用树脂。
关于多异氰酸酯化合物与多元醇化合物的混合比例，换算为NCO/OH或SH(官能基)的摩尔比，通常为0.5～3.0，优选为0.5～1.5的范围。
另外，也可以根据目的加入各种添加剂。例如可以加入内部脱模剂、交联剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、染料、颜料、香料等。
作为利用浇铸聚合的透镜制造用模壳(成形模)，可以使用玻璃、金属或陶瓷的模片与乙烯-乙酸乙烯乙酯共聚物(EVA)、乙烯-乙酸乙烯乙酯共聚物(EEA)、聚乙烯(PE)等树脂制的密封垫片组合而成的模壳。在制造聚氨酯透镜的情况下，通过向所说模壳的空隙中注入多异氰酸酯化合物与多元醇化合物的混合物来进行浇铸聚合。也可以使用PE、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)等的粘合带或密封带来代替上述的密封垫片。
该聚合通常是在从低温慢慢地升温至高温的条件下进行。这时，从提高透镜的均质性方面考虑，优选是使初期温度为5～50℃，然后在5～50小时内升温至100～140℃。另外，为了调整反应速度，可以添加入某些在氨基甲酸乙酯化反应中使用的公知的反应催化剂。
按照本发明的方法，如上所述，由于使模壳作旋转等运动，使得内部单体的任意的微小部分承受重力的方向发生连续而逐渐的变化，因此能够几乎完全防止注入的单体的移动，从而可以获得没有或者极少有光学变形的塑料透镜，特别是通过将温度和旋转速度等设计成合适的条件，可以获得没有光学变形的塑料透镜。
另外，按照现有技术将模壳静置的方法，由于密封垫片与单体的反应，在制成的透镜内部产生混浊，但是按照本发明，由于在防止模壳内部的单体移动和条件下进行聚合，因此可以将这种混浊限制在周边部分，从而能够防止透镜内部发生混浊。
[对附图的简单说明]
图1是表示在本发明的实施例1、2、4和比较例3中旋转轴的位置和旋转方向的说明图。
图2是表示在本发明的实施例3中旋转轴的位置和旋转方向的说明图。
图3是表示在本发明的实施例5中旋转轴的位置和旋转方向的说明图。
图4是表示在本发明的比较例2中旋转轴的位置和旋转方向的说明图。
图5是表示按现有技术方法制造透镜时使用的成形模的结构剖面图。
[用于实施发明的最佳方案]
下面根据实施例和比较例来具体地解释本发明，但本发明不受这些示例的限制。
应予说明，关于实施例和比较例中单体溶液的配制方法和脉纹的检查方法按如下所述的步骤进行。
单体溶液的配制方法
将一种由三井东压化学制的MR-6A液15kg装入一个401的罐(アドバンテツク制DV-40-JA型)中，在减压下进行5小时脱泡。然后装入MR-6B液19.5kg，冷却(10℃)，一边搅拌一边继续脱泡。然后向其中加入作为催化剂的二氯化二丁基锡，继续进行冷却、搅拌、脱泡3小时，配制成单体溶液。
脉纹的检查方法
利用100W超高压水银灯照射装置(ウシオ电气制的UI-100型)发出的平行光线通过透镜，将其投影于白色的屏幕上，检查透镜的投影像。如果存在脉纹，则在投影像上显出阴影，据此将其判定为不良。
(实施例1)
图1是本实施例的说明图，1是作为透镜制造用的成形模的模壳，2是旋转轴。将一种按照上述规定的制备方法获得的单体溶液注入一个与以往同样的由2块玻璃模片与密封垫片组成的模壳中，用塞子封住注入口以避免单体漏出，然后将其安装在一个具有几乎水平的旋转轴的旋转装置上，使旋转轴几乎垂直地通过玻璃模片表面的中心附近，将其缚紧以免在旋转时模壳落下。在转数为1rpm、聚合温度为40℃的条件下连续旋转10小时，进行聚合。然后停止旋转，升温至120℃以使单体固化。然后除去密封垫片和玻璃模片，获得了成为聚合物的固体透镜。所获透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(实施例2)
与实施例1同样地按照图1的说明图，把已经注入单体溶液的模壳1安装在一个具有水平旋转轴2的旋转装置上，在实施浇铸聚合时，按照转数25rpm、聚合温度20℃的条件连续旋转42小时，以后的操作完全与实施例1同样，获得了固体的透镜。该透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(实施例3)
图2是本实施例的说明图，其中，1是作为透镜制造用的成形模的模壳，2是旋转轴。把按照上述规定的配制方法制得的单体溶液注入一个由2块玻璃模片与密封垫片组成的模壳中，用一个塞子封住注入口以避免单体溶液泄漏，然后将其安装在一个具有几乎水平的旋转轴的旋转装置上，使旋转轴几乎平行地通过玻璃模片表面的中心附近，将其缚紧以免在旋转时作为成形模的模壳落下，然后在转数10rpm、聚合温度20℃的条件下连续旋转42小时，进行聚合。然后停止旋转，升温至120℃以使单体固化。然后除去密封垫片和玻璃模片，获得了固体透镜。该透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(实施例4)
与实施例1同样地按照图1的说明图，把已经注入单体溶液的模壳1安装在一个具有水平旋转轴2的旋转装置上，在实施浇铸聚合时，按照转数25rpm、聚合温度35℃的条件连续旋转12小时，以后的操作完全与实施例1同样，获得了固体透镜。该透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(实施例5)
图3是本实施例的说明图，其中，1是作为透镜制造用的成形模的模壳，2是旋转轴，3是用于将模壳与旋转轴连接在一起的夹具。把按照上述配制方法获得的单体溶液注入一个由2块玻璃膜片与密封垫片组成的模壳中，用一个塞子封住注入口以避免单体泄漏，然后将其安装在一个具有几乎水平的旋转轴的旋转装置上，使旋转轴垂直地通过玻璃模片的表面，并且伸出该模壳的外面，将其缚紧以免在转时模壳落下。然后在转数1rpm、聚合温度30℃的条件下连续旋转16小时。之后也不停止旋转，升温到120℃以使单体固化。除去密封垫片和玻璃模片，获得了固体的透镜。该透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(比较例1)
把按照上述配制方法获得的单体溶液注入一个由2块玻璃模片与密封垫片组成的模壳中，用一个塞子封住注入口以避免单体泄漏，然后不让其旋转，在聚合温度30℃的条件下聚合16小时。然后升温至120℃以使单体固化。除去密封垫片和玻璃模片，获得了固体透镜。所获透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(比较例2)
图4是本比较例的说明图，其中，1是作为透镜制造用的成形模的模壳，2是旋转轴。把按照上述规定的配制方法获得的单体溶液注入由2块玻璃模片与密封垫片组成的模壳中，用一个塞子封住注入口以避免单体泄漏。然后将其安装在一个具有几乎垂直的旋转轴的旋转装置上，使旋转轴几乎垂直地通过玻璃模片表面的中心附近，将其缚紧以免在旋转时模壳落下。然后在转数10rpm、聚合温度20℃的条件下连续旋转42小时以进行聚合。然后停止旋转，升温至120℃，使单体固化。除去密封垫片和玻璃模片，获得了固体的透镜。该透镜的脉纹检查结果示于表1中。
(比较例3)
与实施例1同样地按图1的说明图，把已注入单体溶液的模壳1安装在一个具有水平旋转轴2的旋转装置上，在实施浇铸聚合时，按转数100rpm、聚合温度20℃的条件连续旋转42小时，以后的操作与实施例1完全相同，获得了固体的透镜。所获透镜的脉纹检查结果示于表1中。
表1
| 旋转条件 | 聚合条件 | 效果 | ||
| 转数(rpm) | 聚合温度(℃) | 聚合时间(Hr) | 脉纹不良数/总数 | |
| 实施例1 | 1 | 40 | 10 | 0/220 |
| 实施例2 | 25 | 20 | 42 | 0/20 |
| 实施例3 | 10 | 20 | 42 | 0/480 |
| 实施例4 | 25 | 30 | 12 | 3/20 |
| 实施例5 | 1 | 30 | 16 | 0/4 |
| 比较例1 | 0 | 30 | 16 | 120/120 |
| 比较例2 | 10 | 20 | 42 | 8/8 |
| 比较例3 | 100 | 20 | 42 | 4/4 |
根据上述的假说进行了实验，但是由表1可以看出，通过使模壳进行特定的运动，主要是特定的旋转运动(实施例1～5)，以便使单体的微小部分所承受的重力的方向产生连续的缓慢的变化。这样就可以改善脉纹不良的状况，特别是除了聚合温度之外，在使模壳旋转的情况下还可以通过控制旋转轴的位置和方向或者旋转速度等条件，可以大大改善脉纹不良的状况。
[工业上利用的可能性]
按照上述本发明的塑料透镜的制造方法，可以解决以往的塑料透镜制造方法所存在的脉纹问题，并且由于聚合时间缩短，因此可以使模片的库存量减少，使合格率提高，并能达到制造成本的降低。
而且，按照本发明制得的塑料透镜是一种没有或者极少光学变形的，光学上均质的透镜，而且是内部没有混浊的透镜，适合作为眼镜用镜片、太阳镜用镜片、照相机用透镜等各种光学用透镜使用。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1、一种塑料透镜的制造方法，该方法是按照浇铸聚合法来制造塑料透镜，其特征在于，一边使制造透镜用的成形模进行使注入成形模中的树脂前体所受重力作用的方向发生变化的运动，一边进行聚合。
2、权利要求1所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，一边使注入了树脂前体的成形模作旋转运动，一边进行聚合。
3、权利要求2所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，所说进行旋转运动的成形模的旋转轴几乎是水平的。
4、权利要求2或3所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，使所说的成形模沿着几乎水平方向的旋转轴作旋转移动。
5、权利要求2～4中任一项所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，其中所说成形模的旋转速度在0.1～60rpm的范围内。
6、权利要求1～5中任一项所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，注入成形模中的物质是聚氨酯类树脂前体。
7、按照权利要求1～6中任一项所述的制造方法制得的没有和/或极少光学变形的塑料透镜。
8、一种塑料透镜的制造装置，该装置是按照能使已注入了树脂前体的成形模以能够沿着实质上水平的旋转轴转动的方式进行轴支承，并能一边使该旋转轴旋转，一边进行加热聚合。
Claims (6)
1、一种塑料透镜的制造方法，该方法是按照浇铸聚合法来制造塑料透镜，其特征在于，一边使制造透镜用的成形模进行一种使注入成形模中的树脂前体的任意微小部分所受重力作用的方向发生变化的运动，一边进行聚合。
2、权利要求1所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，一边使注入了树脂前体的成形模作旋转运动，一边进行聚合。
3、权利要求2所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，所说进行旋转运动的成形模的旋转轴几乎是水平的。
4、权利要求2或3所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，使所说的成形模沿着几乎水平方向的旋转轴作旋转移动。
5、权利要求2～4中任一项所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，其中所说成形模的旋转速度在0.1～60rpm的范围内。
6、权利要求1～5中任一项所述的塑料透镜的制造方法，其特征在于，注入成形模中的物质是聚氨酯类树脂前体。
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