CN1214906C - 涂敷的光学元件的形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成涂敷的光学元件的方法，该方法使用具有会形成光学元件前表面和后表面的第一和第二模具部分的模具，模具部分之一具有铸造面。该方法包括如下步骤：涂敷第一涂料层以覆盖模具部分的铸造面，该铸造面能够在光学元件的表面上赋予所需的光学构造；处理第一涂料层以防止在随后步骤期间对第一涂料层的损害；向第一涂料层涂敷第二涂料层以基本覆盖第一涂料层；处理第二涂料层以提供第二涂料层对第一涂料层至少弱的粘合和防止在随后步骤期间对第二涂料层的损害；以有机液体材料填充模具；和硬化有机液体材料以形成粘合到第二涂料层上的光学元件。该方法可用于涂敷第一模具部分、第二模具部分、或两个模具部分。因此，该模具内涂敷方法特别适用于成品和半成品眼科透镜两者的形成。

Description

涂敷的光学元件的形成方法
发明领域
本发明涉及一种形成涂敷的光学元件的方法。本发明发现了特别的用途，其中光学元件是眼科透镜，和本发明特别涉及一种通过使用改进的模具内涂敷技术形成涂敷的眼科透镜的方法。
发明背景
涂料对表面的涂敷已经以各种方式，如旋转涂敷、浸渍涂敷、喷雾涂敷、和流动涂敷技术达到。尽管当用于涂敷平滑表面如单视觉眼科透镜的光学表面时，这些技术已经是成功的，但它们还没有完全令人满意。例如，这样的技术经常导致涂料材料在透镜外边缘的积累，引起光学像差。
当用于涂敷不规则表面，如在多视觉眼科透镜上存在的那些，特别是从塑料制成的那些时，这样的技术已经证明甚至是较为不令人满意的。这样的透镜一般具有从透镜的至少一个主要光学表面突然突出的片段。通过旋转、浸渍、喷雾、或流动技术涂敷到这些光学表面上的涂料溶液必须在这些片段周围和这些片段之上流动，获得的涂料一般显示出突出物周围的流动标记物，且在片段和光学表面交叉处是较厚的。
涂敷涂料到光学元件上的常规技术的另外缺点是它们经常具有高的劳动量和资本要求。此外，在涂敷点处的任何收率损失导致在它的制造循环的结尾处高价值产品的总体损失。
为响应这些困难，开发出用于制造眼科透镜的“模具内”涂敷技术。该方法包括将单独的涂料涂敷到模具的表面上，在模具上部分固化涂料，随后组装模具，以透镜单体填充模具，和固化透镜单体以形成硬透镜。
然而，此模具内技术的局限在于它不允许这样的涂料的提供，该涂料既是高耐磨的，也具有对透镜基材的优异划格法附着力。此外，证明它不能将其它所需的光学性能引入到由这个技术生产的涂料中。
本发明的目的是提供改进的模具内涂敷技术，它能够用于生产涂敷的光学元件，如眼科透镜。
发明概述
本发明提供了一种形成涂敷的光学元件的方法，该方法使用具有会形成光学元件前表面和后表面的第一和第二模具部分的模具，模具部分之一具有铸造面，该方法包括如下步骤：
-涂敷第一涂料层以覆盖模具部分的铸造面，该铸造面能够在光学元件的表面上赋予所需的光学构造；
-处理第一涂料层以防止在随后步骤期间对第一涂料层的损害；
-向第一涂料层涂敷第二涂料层以基本覆盖第一涂料层；
-处理第二涂料层以提供第二涂料层对第一涂料层至少弱的粘合和防止在随后步骤期间对第二涂料层的损害；
-以有机液体材料填充模具；和
-硬化有机液体材料以形成粘合到第二涂料层上的光学元件。
本发明的方法可用于涂敷第一模具部分、第二模具部分、或两个模具部分。因此，本发明的模具内涂敷方法特别适用于成品和半成品眼科透镜两者的形成。
在本发明的一个形式中，将第一涂料层涂敷到模具的铸造面上以完全覆盖铸造面。然而，应当理解可能会有制造约束，这些约束引起在所有铸造面上的覆盖不是很完全，这种情况在一些环境下是可以接受的，特别是如果不染色光学元件，缺陷非常小或是在元件的外围(在眼科透镜的情况下，在正常视觉区域以外)，或如果随后使用真空涂敷技术将抗反射涂料给予光学元件。因此，可以理解铸造面的覆盖仅需要是基本完全的。事实上，这可能也是由第二涂料层覆盖第一涂料层的情况。
同样，可以理解该方法可包括在第二涂料层上涂敷另外的层；因此可以有第三、第四、第五(或更多)涂料层，将每个层相似地涂敷在以前的涂料层上，和相似地处理每个层以防止在方法的随后步骤期间的损害。此外，在根据本发明已经形成模具内涂敷的光学元件之后，可以通过常规方式，如通过正常的旋转、浸渍或真空涂敷法，涂敷随后的涂料。例如，可以采用传统的多层抗反射涂料堆叠物，通过常规技术，随后涂敷高度耐磨的、多层的、模具内涂敷的光学元件(根据本发明方法形成的)。
在本说明书中各处，关于对涂料层的处理以防止在随后方法步骤期间的损害，理解为涉及对向层提供机械和化学坚固性的程度，例如，用以防止出现裂纹、分层或层的脱除，或用以防止由随后涂敷的层对层的再溶解，或用以防止在用于随后层的涂敷过程期间，对其的一些其它类型的物理损害。因此，术语“损害”广义地解释为包括对层的任何随后的物理或化学改变，认为它们不是所需的。
期望的是这样的处理，其一般会是层的部分固化、溶剂脱除步骤，或以下解释的两者。在任何形式中，对每个涂料层的处理优选进行到这样的程度，其中涂料层形成基本不溶的干燥膜，该干燥膜以基本无像差的方式复制模具的铸造面。更特别地，尽管以指压对涂料层的触摸会使它变形和它可能对触摸是粘性的，但该涂料层一般自身不会流动。
不管采用哪个技术，优选根据随后层的化学性质，以预定的方式，制备涂料层。例如，如果涂料层是固化不足的，它可能产生起雾的膜，随后的涂料或有机材料可能再溶解它，或它可能显示出较差的耐磨性。然而，如果涂料层过分固化的，它可能显示不可接受的粘合。
特别关于采用热技术的至少部分固化的处理，已经发现，通过将涂料层曝露在35-130℃的温度下1-30分钟的持续时间，可以成功地部分固化涂料层。事实上，如果涂料层包含不饱和单体，如丙烯酸酯，可以固化该涂料层直到它显示的不饱和程度约为在固化之前它所拥有的不饱和的30-90％。理想地，通过引发热引发剂热能的使用，可以达到这种情况。或者，通过活化辐射如紫外光(在涂料材料中采用合适的引发剂)或通过电子束辐射，可以进行部分固化。
在此方面，已经发现不饱和程度大于90％的涂料提供了起雾的膜，或被在最终光学元件上的随后层或有机材料溶解(即，不是光学透明的那些)，和也可以显示较差的耐磨性。然而，不饱和程度小于约30％的那些一般显示对最终光学元件不可接受的粘合。更优选的是，尽管，固化这样的涂料层直到它显示的不饱和程度为在反应之前它所拥有的不饱和的40-75％、且最优选为55-70％。
关于涂料层的部分固化，适于固化涂料的技术对本领域技术人员是显而易见的，和理想地选择用于保证至少部分固化的具体技术以适应涂料材料的类型。例如当使用聚硅氧烷涂料时，包含部分水解和部分缩合的环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、其它有机硅烷或其它官能化硅烷，可以选择的是进一步促进缩合以提供凝胶网络，或通过涂料层的有机组分的聚合。在此方面，经有机组分的网络形成可以由如下方式进行：例如使用阳离子引发剂通过环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的环氧丙氧基部分的开环，或使用固化催化剂，固化甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或烯丙基三甲氧基硅烷的烯部分，或通过使用阳离子或自由基引发剂。
或者，如上所述，防止在随后步骤期间损害的处理可以是溶剂脱除处理。可以通过空气干燥或通过使用红外辐射、微波辐射或热，来达到溶剂脱除。希望这样的溶剂脱除处理优选在这样的条件下，其中涂料材料自身已经部分固化或分散或溶解在溶剂中。这样体系的例子是分散在溶剂中的高分子量聚硅氧烷和如果有的话，要求有非常少的另外固化。例如，其中涂料层是聚硅氧烷涂料层，和通过使用热能以从中除去溶剂和水解产物来达到溶剂脱除，基本没有另外的缩合发生。如果不从涂敷的涂料层除去溶剂，膜可能被随后的涂料层或被有机材料再溶解，它不可能形成足够机械坚固的膜，或它不可能对从随后涂料层的溶剂扩散是抗渗透的。事实上，向第一涂料层的溶剂扩散可能导致溶胀，随后是应力开裂，它们是明显不希望的。或者，溶剂扩散可导致弱粘合的第一层的分层。
或者，可能需要结合溶剂脱除和部分固化以形成具有足够机械坚固的膜。此外，也理解为消除一些与涂料材料中溶剂存在有关的困难，可以采用无溶剂的涂料材料。
最后关于对第一涂料层和第二涂料层的处理，可以理解的是这样的处理也用以提供第一涂料层对铸造面的合适粘合，和第二涂料层对第一涂料层的合适粘合。事实上，为达到足够机械坚固的涂料，优选在涂料层之间具有足够的粘合。在此方面，通过如下方式可以达到足够的粘合：通过一种涂料对另一种涂料的部分扩散，导致涂料层之间的机械联锁，通过机械粘合，或通过涂料层在界面处的共反应。
膜的部分固化可能不仅促进机械坚固膜，也促进共反应，和因此在膜之间的粘合。在一些情况下，需要控制第一涂料层对模具的粘合。如果第一涂料层的粘合太强，模具打开时光学元件可从模具拉动玻璃材料。或者，如果第一涂料层对模具的粘合不足够强，会产生分离，它导致不可接受的表面质量和因此不可接受的光学元件。考虑到这些，可以通过各种技术，如对模具表面的表面改性，如形式为硅烷处理或氟化学品处理或其它的改性，影响涂料层对模具的粘合。或者，可以通过向涂料树脂中加入脱模剂或粘合促进剂，影响对涂料层的模具粘合。
本发明的方法可进一步包括在有机液体材料的硬化之后，和在从模具取出光学元件之后，另外的热后固化循环。这样的后固化循环有助于保证最终的光学元件具有最优的性能。可进一步由另外的后固化步骤改进的性能包括硬度、耐磨性、染色速率、热机械性能、和由于残余应力的光学应变水平。
可以通过用于最初部分固化涂料层的相同技术，完成这种另外的后固化循环。在此方面，在后固化期间采用的条件会通常足以保证涂料层的必要完全固化。可以理解的是在如聚硅氧烷体系的体系中，后固化步骤会是最重要的，其中需要在至多4小时的时间内，加热到90-120℃以基本完全缩合聚硅氧烷涂料层和强化光学机械性能。
因此本发明的方法能够生产光学元件，如在它的一个或多个光学表面上，具有薄的、光学透明的、多层涂料(如耐磨涂料)的眼科透镜。
由本发明方法涂敷的涂料层基本没有表面像差，表面像差可由如下因素引起：涂料溶液厚度的不均匀性、流动标记物、涂料累积(特别是在眼科透镜的片段线和边缘)、和中间层的裂纹。另外，涂料层优选基本完全复制了模具表面，从该模具表面制备眼科透镜，和因此提供具有所需表面构造的光学表面。
此外还有，本方法提供了这样的技术，其同样地将多层涂料涂敷到单、多焦距或渐进式眼科透镜上，和达到生产特优质量眼科透镜的高收率、成本有效的制造工艺。
除耐磨性以外，本发明的方法也可用于提供向多层涂料中引入特别特征，如抗反射、镜面涂料、冲击增强、光致变色染料引入、电致变色引入、和色彩引入。
特别地，可以在特别用于该特征的层中包括这些特征的一些。例如，在硬涂层和基材之间的橡胶中间层可用作冲击增强层。相似地，可以特别地设计中间层以引入色彩或光致变色染料。或者，优先可以更容易地将电致变色体系涂敷到模具表面上，在此可能存在高温(高至400℃以韧化一些层)，而不是将基材进行这样的操作。
此外还有，本发明特别优选的形式导致光学元件(如眼科透镜)的形成，其中第一涂料层是耐磨涂料层和第二涂料层是中间层，耐磨层优选由聚硅氧烷涂料树脂形成。在此形式中，中间层能够与耐磨聚硅氧烷树脂和与优选类型的有机材料(即透镜单体)两者共反应。在此方面，当使用标准聚硅氧烷硬涂层树脂时，在中间层中优选存在甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(或一些其它的(甲基)丙烯酰基硅烷)，这样它的硅烷部分可与硬涂层的聚硅氧烷树脂共缩合，且它的甲基丙烯酰基部分可与透镜单体的不饱和乙烯部分共反应。尽管更优选是50-90％范围的数量，但可以使用在30-100％(按重量计)的宽范围量的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
此外，如果将抗反射涂料堆叠物与耐磨层结合，涂敷到模具上，而不是采用分别涂敷耐磨层和抗反射涂层的工艺，会有显著的工艺优势。
如在此说明书中各处中使用的，如下术语具有下面的含义：
a)“光学透明的”表示没有雾度或其它干扰，它们会使在透镜一侧的物体不能被在透镜另一侧的观察者清楚地看见；
b)“无像差的”表示在涂敷的透镜层一侧的物体对于透镜另一侧观察者不表现为弯曲的、扭曲的或失真的；
c)“光学表面”表示提供光学校正的表面之一；
d)“透镜基材”表示有机液体，当在室温下固化时，该有机液体形成固体和提供与眼科透镜要求的那些性能相一致的光学性能；
e)“光学元件”包括用于光学设备如照相机、显微镜、望远镜的透镜，或在任何科学或医疗设备中用于光折射或反射的透镜，且当然也包括所有类型的眼科透镜，不管它们是折射的或平面的。
发明详述
现在讨论本发明方法优选实施方案和可能选择方案的几个具体方面。
在本发明的方法中，尽管实际厚度一般会依赖于特定层的功能，但每个涂敷的涂料层理想地是薄的。例如，如果希望第一涂料层作为耐磨硬涂层，它的厚度典型地为0.5-50μm，尽管更优选为0.8-10μm，但最优选为1-5μm厚。事实上，如果相似地要求第二涂料层作为耐磨硬涂层(如当需要耐磨、抗反射眼科透镜时，在此第一涂料层具有特定的折射率)，它的厚度优选在这些相同的范围内。
然而，在第一涂料层作为永久脱模剂以进行透镜从模具的脱除的情况下，或作为疏水层或疏油层，它优选是非常薄的。在此形式中，第一涂料层的厚度优选为1nm-1μm，尽管更优选为1-100nm，但最优选为1-30nm。
如果希望第二涂料层简单地作为第一涂料层和透镜基材之间的粘合促进剂，该第二涂料层也会优选是薄的，典型的厚度为0.05-50μm，更优选为0.1-10μm，但最优选为0.2-1μm。
第二涂料层除提供透镜基材和第一涂料层之间粘合的益处外，它也可用作其它功能。这些其它功能可是如下这些：
(i)引入染料以提供对最终产品的染色；
(ii)引入光致变色染料以提供光敏可变传输；
(iii)引入电致变色体系，在施加电流时，该体系会改变颜色和改变传输；
(iv)引入液晶材料，在施加电场时，该材料会根据施加的电场取向和提供特定偏振光的可变传输；和
(v)固有地提供最终光学元件冲击性能的保持，特别是在以抗反射堆叠物过分涂敷之后。
或者，可以将这些产品增强特征分别(或组合)引入到第三、第四(等等)个随后的涂料层中，而不是引入到第二涂料层中。因此，例如可以提供第三涂料层作为第二涂料层和透镜基材之间的粘合促进剂，通过透镜基材有机材料的聚合形成粘合改进。在此形式中，第三涂料层也优选是薄的，其典型厚度为0.05-50μm，优选为0.1-10μm，但最优选为0.2-1μm。
在另外的形式中，如果将本发明方法用于生产，例如带有疏水/疏油耐磨的、抗反射多层堆叠物的眼科透镜，第一涂料层优选是非常薄的和作为脱模层/疏水层。然后由多层金属氧化物(在本领域已知作为抗反射堆叠物)组成的一系列层可形成一系列中间涂料层。这种系列中间涂料层的累积厚度可为0.5-20μm，更优选为1-10μm，但最优选为1.5-5μm。这样的抗反射堆叠物可以是标准的多层抗反射涂料，和可以使用合适的计算机软件选择其中层的数目和/或厚度。堆叠物中的一个或多个层可以另外是耐磨硬涂层。
在这样的抗反射堆叠物中的层可包括交替的高折射率层和低折射率层。这样的低折射率层和高折射率层可以由任何合适的材料形成。低折射率层和高折射率层可以由介电材料形成。优选的是，该介电层可由金属氧化物、氟化物或氮化物形成。可用于形成透明层的金属氧化物包括SiO、SiO2、ZrO2、Al2O3、TiO、TiO2、Ti2O3、Y2O3、Yb2O3、MgO、Pr2O3、Ta2O5、CeO2和HfO2中的一种或多种。可以使用的氟化物包括如下的一种或多种：MgF2、AlF3、BaF2、CaF2、Na3AlF6、Ta2O5和Na5Al3F14。合适的氮化物包括Si3N4和AlN。
应当理解通过采用本发明的技术，可以最小化由涂料层折射率或在涂料层和基材之间折射率的不匹配引起的干涉环，这样可以使用折射率不匹配的涂料。然而，一般需要尽可能接近地匹配每个涂料层和透镜基材的折射率，以最小化干涉环的可能出现。
在此方面，和为了改进涂料层的折射率，而不改变涂料配制剂的化学性质，可以加入非常小的颗粒填料。二氧化钛、二氧化硅或二氧化硅在二氧化钛上的层、氧化锡等已经用于此目的。平均粒子尺寸优选为10-80nm直径，尽管优选为20-50nm。
为保证这些粒子基本均匀地分布在整个涂料层中和不附聚，可以使用如下方式的结合：对粒子的表面处理，相容单体在粒子表面上的接枝，和/或表面活性剂或均化剂的使用。这些粒子的填充量依赖于涂料基体材料的折射率、颗粒填料的折射率和所需的折射率，但通常为最终涂料的5-50wt％。
可以将粒子加入到所有的层中，包括耐磨涂料和底层涂料，以达到所需的折射率。通过采用这些粒子，对于化学性质的范围，可以达到折射率匹配的、低雾度涂料。实际上，也可以特定地加入这些粒子以增加涂料层的耐磨性。
一般而言，可用于配制各种涂料层的材料的例子(该涂料层可以按本发明的方法涂敷)是这样的材料，其含有反应性烯键式不饱和基团，如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酐、烯键式不饱和酸酐、烯烃化合物、丙烯酰胺、烯键式不饱和酰胺和尿烷、乙烯基酯、乙烯基醚、卤乙烯、乙烯基环氧树脂、乙烯基硅烷和硅氧烷、乙烯基杂环、和这些材料的预聚物和聚合物。这些材料可以是单或多官能的。
另外，也可以使用非自由基反应体系如三聚氰胺，酸酐和胺固化的环氧树脂，马来酰亚胺和聚酰胺(polymide)，以配制各种涂料层。
可用于配制涂料层的材料的另外例子包括有机硅烷和有机硅氧烷。这样的材料包括乙烯基硅烷、烯丙基硅烷和(甲基)丙烯酰基硅烷。其它有机硅烷和有机硅氧烷包括四烷氧基硅酸酯、烷基三烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、巯基硅烷、异氰酸根合硅烷等。也包括的是基于上述有机硅烷和有机硅氧烷物质的低聚物材料。
除用于耐磨涂层的硅基氧化物以外，也可以使用其它金属氧化物。如四甲氧基钛酸酯和基于铈、锡、锆等的其它金属氧化物的材料，和它们的衍生物可以用作单体，或可以按和官能硅烷相似的方式预反应，以形成具有和其它工业聚硅氧烷相似涂料性能的预聚物涂料。这些材料提供的相对于聚硅氧烷的优点在于它们提供了更高的折射率和因此适于生产指数匹配的涂料，以用于更高指数基材材料，如Finalite和Spectralite(Sola International Inc的注册商标)或各种工业硫代尿烷眼科透镜材料。
可用于配制涂料层的材料的另外例子包括硫醇。这些材料可以是单官能的或多官能的和经常与含烯键式不饱和键的材料或环氧化物结合使用。
可用于配制涂料层的材料的另外例子是基于上述单体组分的各种工业组合物。这样的材料的具体例子包括：SDC 1154、Silvue 339、PPG 1080、Suminal G35、GE 8556和GE 8553和GE 8566等。
如果在任何特定的涂料层中使用反应引发剂，这样的反应引发剂的性质一般依赖于使用的烯键式不饱和材料。例如，对于进行自由基聚合的那些烯键式不饱和材料，合适的引发剂是在加入能量时释放或产生自由基的化合物。这样的引发剂包括过氧、偶氮和氧化还原体系，每种体系是公知的和在聚合领域描述过的。
在自由基引发剂中包括的是常规热活化催化剂，如有机过氧化物或有机氢过氧化物。这些催化剂的例子是过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧化异丙苯、偶氮二异丁腈等。
优选的催化剂是光聚合引发剂。在这样的引发剂中包括的是偶姻及其衍生物，如苯偶姻、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻异丙基醚、苯偶姻异丁基醚和α-甲基苯偶姻；二酮如偶苯酰和二乙酰等；有机硫化物如二苯基一硫化物、二苯基二硫化物、癸基苯基硫化物、和一硫化四甲基秋兰姆；S-酰基二硫代氨基甲酸酯，如S-苯甲酰基-N，N-二甲基二硫代氨基甲酸酯；苯某酮如苯乙酮、α，α，α-三溴苯乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、邻-硝基-α，α，α-三溴苯乙酮、二苯酮、和p，p’-双(二甲基氨基)二苯酮；芳族碘鎓和芳族铳盐，磺酰卤如对-甲苯磺酰氯、1-萘磺酰氯、2-萘磺酰氯、1，3-苯二磺酰氯、2，4-二硝基苯磺酰溴、和对-乙酰氨基苯磺酰氯。
与硅烷和硅氧烷材料一起采用的反应催化剂是例如高氯酸铵和乙酰丙酮酸铝，它们能打开环氧环和作为高温酸。
所述涂料组合物可包括各种其它成分，如相容单体和聚合物、稳定剂、抗氧剂、增韧剂、着色剂(如染料和颜料)、增强填料、表面活性剂、助流剂、均化剂、硬度增强剂(如胶体二氧化硅)、折射率改性剂(如二氧化钛、二氧化锆、氧化锑等)、抗静电剂、UV吸收剂等。另外，也可以采用溶剂进行组合物的制备和涂敷。
也如上所述，在本发明方法的一个形式中，通过有机材料的聚合，可以希望第二涂料层(在此形式中，它可作为底层涂料)简单地作为第一涂料层和透镜基材之间的粘合促进剂。对于特定的用途，这样的涂料需要因此与之相适应。例如，如果涂料用于促进聚硅氧烷硬涂层对透镜基材如CR-39的粘合，该涂料需要包括至少30％的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷一起的共聚单体可包括其它聚硅氧烷、含有反应性烯键式不饱和基团的单体/低聚物、通过缩合共反应的单体/低聚物、或其结合物。
现在是关于制造工艺，用于例如，从有机材料制造眼科透镜的模具一般由玻璃或金属制成，和典型地含有第一和第二模具部分，它们被安装在垫片中以形成透镜的前和后光学表面。这些部分的至少一个具有形成最终光学表面的表面。根据特定的用途，可以采用永久或半永久处理以进行脱模。
通过各种技术，包括喷雾涂敷、浸渍涂敷、刷涂、流动涂敷、旋转涂敷等，可以将本发明方法的涂料层涂敷到一个或多个模具表面上。
如果任何涂料组合物包括溶剂，基于上述理由，可以，和优选，在随后层沉积之前或在填充模具之前除去溶剂。溶剂脱除优选与部分固化一致进行，或作为优选在部分固化之前进行的单独工艺进行。可以通过空气干燥或通过使用红外辐射、微波辐射或热，进行溶剂脱除，再如已经一般在以上部分所述的那样。
在获得对于最终涂料层的所需固化水平之后，优选将模具组装和以有机材料填充以提供透镜基材。可以采用很多种热固性材料。在优选的形式中，这样材料必须具有的是它们能够固化以形成室温稳定的、光学透明的光学元件。可用的热固性材料的例子包括烯丙基二甘醇碳酸酯单体(工业上也称作CR-39)、丙烯酸酯单体、和丙烯酸酯低聚物、硫代尿烷、多官能硫醇和丙烯酸酯的结合物等。
一旦填充模具，可以通过任何合适的技术硬化有机液体。例如，可以在合适聚合剂存在的情况下，根据预定的方案，在烘箱中或在一系列水浴中，将它承受35-120℃的热至多24小时，而硬化烯丙基二甘醇碳酸酯。
当有机液体硬化时，与有机液体相邻的涂料层，和处于直接接触的任何随后涂料层，优选形成提供优异粘合的紧密结合。在单个涂料层之间的粘合和与透镜基材的粘合，优选使得结构可以承受加速老化、户外老化、和3小时沸腾试验等，而没有粘合的损失、过量裂纹、分层等。粘合的损失可以是如工业标准胶带测试测量的那样，如这样的测试，其中在透镜表面上形成一系列划格的区域，施加压敏粘合剂胶带，和然后快速除去胶带。
一旦硬化，将铸造的眼科透镜从模具中取出。由于多层涂料对透镜基材的粘合力大于对模具表面的粘合力，眼科透镜本质上完全和模具分离。优选第一层对模具的粘合使得在加工期间，在打开模具之前，该层并不和模具分离，以防止在加工期间，水等对模具表面的污染。
通过使用标准眼科工业磨损测试，可以展示根据本发明方法生产的眼科透镜的耐磨性。在此方面，已经发现对于这样的透镜，在Bayer磨损测试之后出现的雾度小于1/4，和未涂敷的CR-39透镜一样严重。在钢丝棉磨损测试之后出现的雾度小于1/20，和未涂敷的CR-39透镜一样严重。作为对比，常规单层模具内涂料，具有对透镜基材的足够粘合和适当的脱模性能，导致在Bayer磨损测试之后出现的雾度水平仅为未涂敷的CR-39透镜雾度的1/1.5-1/2。
发明实施例的描述
现在提供用于本发明方法的合适材料的例子，在此之后提供方法步骤自身的实施例。在提供的这些实施例中，应当理解如下描述的具体性质并不限制以上描述的一般性。
实施例1
硬涂层树脂1
向20份甲基三甲氧基硅烷、26份环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和33份甲醇中，滴加21份水以进行水解。将溶液在75℃下真空蒸馏以除去水和释放的甲醇。这样形成基础树脂。
向76份以上的基础树脂中，加入20.8份胶体二氧化硅、0.4份乙酰丙酮酸铝和2.8份高氯酸铵在水中的10％溶液。此树脂在此称为硬涂层树脂1。
底涂层树脂1
向30份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20份环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和35份甲醇中，滴加15份水以进行水解。将溶液在75℃下真空蒸馏以除去水和释放的甲醇。
向20份以上的基础树脂中，加入80份乙酸乙酯。此树脂在此称为底涂层树脂1。
将硬涂层树脂1流动涂敷在苯基三氯硅烷处理的玻璃模具上。将此模具在120℃下加热6分钟，以进行部分固化和使之冷却。将底涂层树脂1流动涂敷在有硬涂层的模具上。将此模具在120℃下加热15分钟，以进行部分固化和使之冷却。组装模具，以CR-39填充和固化。固化完成时，打开模具。然后将透镜在120℃下后固化2小时。
实施例2
硬涂层树脂2
向100份PPG 1080(一种工业硬涂层树脂)中，加入0.28份乙酰丙酮酸铝和1.76份高氯酸铵在水中的10％溶液。此树脂在此称为硬涂层树脂2。
底涂层树脂2
将30份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20份环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、35份甲基异丁基酮(MIBK)和15份1M氢氧化钾溶液结合以形成不可混溶的溶液。然后将该溶液搅拌24小时以增大分子量(在搅拌约1小时之后，混合物变成可混溶的)和形成基础树脂。
向50份此基础树脂中，加入45份MIBK、5份冰醋酸在MIBK中的10％溶液、0.28份乙酰丙酮酸铝和1.76份高氯酸铵在水中的10％溶液。此树脂在此称为底涂层树脂2。
将硬涂层树脂2流动涂敷在苯基三氯硅烷处理的玻璃模具上。将此模具空气干燥5分钟以蒸发溶剂。将底涂层树脂2流动涂敷在有硬涂层的模具上。将此模具空气干燥5分钟以蒸发溶剂。组装模具，以CR-39填充和固化。固化完成时，打开模具。然后将透镜在120℃下后固化2小时。
实施例3
将没有进一步改性的PPG 1080流动涂敷在苯基三氯硅烷处理的玻璃模具上。将此模具在120℃下加热6分钟，以进行部分固化和使之冷却。将底涂层树脂1流动涂敷在有硬涂层的模具上。将此模具在120℃下加热15分钟，以进行部分固化且使之冷却。组装模具，以CR-39填充和固化。固化完成时，打开模具。然后将透镜在120℃下后固化2小时。
然后根据传统技术，将根据实施例1-3每个中制造的透镜进行各种粘合和耐磨性测试。那些测试的结果列表如下。
                     粘合
  实施例1   实施例2   实施例3
原有     通过     通过     通过
3小时沸腾     通过     通过     通过
日晒试验仪(Suntester)     通过     通过     通过
户外老化     通过     通过     通过
                      耐磨性*
   实施例1     实施例2   实施例3
Bayer数     4.9     3.8-4.2     4.1
钢丝棉     ＞20     ＞20     ＞20
Taber     17     12     12
*耐磨数是基于在涂敷的透镜之间增大的雾度对采用未涂敷的CR-39透镜增大的雾度的比例。
最后，可以理解的是，在不背离本发明范围的情况下，可以对在此描述的方法和组合物进行其它改变和改进。

Claims (36)

1.一种形成涂敷的光学元件的方法，该方法使用具有会形成光学元件前表面和后表面的第一和第二模具部分的模具，该模具部分之一具有铸造面，该方法包括如下步骤：
-涂敷第一涂料层以覆盖模具部分的铸造面，该铸造面能够在光学元件的表面上赋予所需的光学构造，其中该第一涂料层为耐磨涂料层；
-处理第一涂料层以防止在随后步骤期间对第一涂料层的损害；
-向第一涂料层涂敷第二涂料层以基本覆盖第一涂料层；
-处理第二涂料层以提供第二涂料层对第一涂料层至少弱的粘合和防止在随后步骤期间对第二涂料层的损害；
-以有机液体材料填充模具；和
-硬化有机液体材料以形成粘合到第二涂料层上的光学元件，其中该第二涂料层为中间涂料层，其能与有机液体材料和耐磨涂料层共反应。
2.根据权利要求1的方法，其中将第一涂料层涂敷到模具的铸造面上以完全覆盖铸造面。
3.根据权利要求1或2的方法，其中将处理每个涂料层进行到这样的程度，其中涂料层形成基本不溶的干燥膜，该干燥膜以基本无像差的方式完全复制模具的铸造面。
4.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其中处理是至少部分固化。
5.根据权利要求4的方法，其中至少部分固化是通过将涂料层曝露在35-130℃的温度下1-30分钟的持续时间来进行的。
6.根据权利要求4的方法，其中涂料层包含不饱和单体，且该涂料层被固化直到它显示的不饱和程度为在固化之前它所拥有的不饱和的30-90％。
7.根据权利要求4的方法，其中涂料层包含不饱和单体，且该涂料层被固化直到它显示的不饱和程度为在固化之前它所拥有的不饱和的55-70％。
8.根据权利要求6或7的方法，其中固化由热引发剂引发，或用合适引发剂活化辐射引发，或由电子束辐射引发。
9.根据权利要求4的方法，其中涂料层是聚硅氧烷涂料层，包含部分水解和部分缩合的环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或其它有机硅烷，和其中进一步促进其缩合以提供凝胶网络。
10.根据权利要求4的方法，其中涂料层是聚硅氧烷涂料层，包含部分水解和部分缩合的环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或其它官能化有机硅烷，和其中通过聚硅氧烷有机组分的聚合形成凝胶网络。
11.根据权利要求10的方法，其中经有机组分的网络形成可以如下方式进行：使用阳离子引发剂通过环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的环氧丙氧基部分的开环，或使用固化催化剂，固化甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或烯丙基三甲氧基硅烷的烯部分，或通过使用阳离子或自由基引发剂。
12.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其中处理是溶剂从涂料层的脱除。
13.根据权利要求12的方法，其中涂料层是聚硅氧烷涂料层，和通过使用热能以从中除去溶剂和水解产物来达到溶剂脱除，基本没有另外的缩合发生。
14.根据权利要求1-13中任意一项的方法，其中方法包括在有机液体材料的硬化之后，热后固化循环的另外步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中热后固化循环足以保证涂料层的基本完全固化。
16.根据权利要求14或15的方法，其中涂料层的一个或多个是聚硅氧烷的，和其中热后固化循环包括在至多4小时内加热到90-120℃的温度，以基本完全缩合聚硅氧烷涂料层。
17.根据权利要求1-16中任意一项的方法，其中方法包括在第二涂料层上涂敷随后的层。
18.根据权利要求1-17中任意一项的方法，其中如需要，将光学元件进行随后的处理。
19.根据权利要求1-18中任意一项的方法，其中如需要，将光学元件随后以另外的涂料层涂敷。
20.根据权利要求1-19中任意一项的方法，其中由模具表面的表面改性促使涂料层对模具表面的粘合，这样的表面改性是硅烷处理或氟化学品处理的形式。
21.根据权利要求1-19中任意一项的方法，其中通过向涂料树脂中加入脱模剂或粘合促进剂，促使涂料层对模具表面的粘合。
22.根据权利要求1的方法，其中耐磨涂料层由聚硅氧烷树脂形成，和中间涂料层由(甲基)丙烯酰基硅烷形成。
23.根据权利要求22的方法，其中中间涂料层包含的(甲基)丙烯酰基硅烷量为30-100％，以重量计。
24.根据权利要求1的方法，其中中间涂料层包含的(甲基)丙烯酰基硅烷量为50-90％，以重量计。
25.根据权利要求22-24中任意一项的方法，其中(甲基)丙烯酰基硅烷是甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
26.根据权利要求1的方法，其中涂料层之一是厚度为0.5-50μm的耐磨涂料层。
27.根据权利要求26的方法，其中耐磨涂料层厚度为1-5μm。
28.根据权利要求1的方法，其中第一涂料层作为永久脱模剂便于光学元件从模具中的脱出，或作为疏水层或疏油层，且该第一涂料层的厚度为1nm-1μm。
29.根据权利要求28的方法，其中第一涂料层厚度为1-30nm。
30.根据权利要求1的方法，其中第二涂料层作为第一涂料层和有机材料之间的粘合促进剂，且该第二涂料层的厚度为0.05-50μm。
31.根据权利要求30的方法，其中第二涂料层为0.2-1μm。
32.根据权利要求1的方法，其中第一涂料层和第二涂料层包括其间的抗反射堆叠物的层，且该堆叠物的累积厚度为0.5-20μm。
33.根据权利要求32的方法，其中堆叠物的累积厚度为1.5-5μm。
34.根据权利要求32或33的方法，其中堆叠物中的层包括交替的高折射率层和低折射率层。
35.根据权利要求1-34中任意一项的方法，其中将颗粒填料加入到涂料层中以改进涂料层的折射率，而不改变涂料配制剂的化学性能，填料中粒子的平均直径为10-80nm直径。
36.一种眼科透镜的制造方法，该方法包括作为其一部分的，根据权利要求1-35中任意一项的方法。
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