具体实施方式
下面对本发明的塑料镜片及塑料镜片制造方法的实施方式进行说明。
本实施方式的塑料镜片具有塑料镜片基材、塑料镜片基材表面上形成的底涂层、在该底涂层上形成的硬膜层和在该硬膜层上面形成的防反射膜。下面对塑料镜片基材、底涂层、硬膜层和防反射膜进行说明。
(1.塑料镜片基材)
对于塑料镜片基材(下文中表示为镜片基材)的材质没有特殊限制,只要是塑料树脂即可,不过为了得到与形成在镜片基材表面上的由有机薄膜构成的防反射膜之间的折射率差异,优选使用折射率大于1.6的镜片原料。对于折射率大于1.6的镜片原料,可以例举为,通过具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物与具有巯基的化合物进行反应制造得到的硫代聚氨酯类塑料,或是将含有具有环硫基的化合物的原料单体进行聚合固化制造得到的环硫类塑料等。
对于作为硫代聚氨酯类塑料主要成分的具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物,可以使用众所周知的化合物。对于具有异氰酸酯基的化合物可以例举为,二异氰酸乙二酯、二异氰酸1,3-丙二酯、2,4,4-三甲基己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、间二甲基苯二异氰酸酯等。
并且,具有巯基的化合物也可以使用众所周知的化合物。可以例举为1,2-乙二硫醇、1,6-己二硫醇、1,1-环己烷二硫醇等的脂肪族多元硫醇,1,2-二巯基苯、1,2,3-三(巯甲基)苯等芳香族多元硫醇。
而且,为了得到高折射率的塑料镜片,除了巯基以外,更优选使用含有硫原子的聚硫醇,作为具体例子可以举出,1,2-二(巯基甲硫基)苯、1,2,3-三(巯基甲硫基)苯、1,2-二(2-(巯乙基)硫基)-3-巯基丙烷等。
并且,对于作为环硫类塑料的原料单体使用的具有环硫基的化合物,可以不受限制地使用具有环硫基的众所周知的化合物。可以例举为通过以硫置换现有的环氧化合物的环氧基中部分或全部的氧所得到的环硫类化合物。
而且,为了得到高折射率的塑料镜片,更优选除了环硫基以外还含有硫原子的化合物。作为具体例子可以举出,1,2-双(β-环硫丙基硫基)乙烷、双(β-环硫丙基)硫醚、1,4-双(β-环硫丙基硫基甲基)苯、2,5-双(β-环硫丙基硫基甲基)-1,4-二噻烷、双(β-环硫丙基)二硫等。
对于本发明中镜片基材的聚合方法没有特殊限制,可以使用一般制造镜片基材中使用的聚合方法。
例如,使用乙烯类单体作原料时,可以使用有机过氧化物等热聚合引发剂,通过热固化来制造镜片基材。而且,还可以使用二苯甲酮等光聚合引发剂,经过紫外线照射使单体固化来制造镜片基材。
而且,使用通过具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物与具有巯基的化合物进行反应所得到的硫代聚氨酯类塑料时,可以混合具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物和具有巯基的化合物后,通过添加尿烷树脂用固化催化剂,混合并加热固化来进行制造。对于固化催化剂的具体例子可以举出乙胺、乙二胺、三乙胺、三丁胺等胺类化合物,二氯化二丁基锡、二氯化二甲基锡等。
并且,使用通过对作为原料的含有具有环硫基的化合物的原料单体进行聚合得到的环硫类塑料作镜片基材时,可以单独使用具有环硫基的化合物,或是与其他能够与环硫基进行共聚的单体混合,然后添加环氧树脂用固化催化剂,混合并通过加热进行聚合固化来制造。
对于环氧树脂用固化催化剂没有特殊限制,作为具体例子可以举出,二甲基苄胺、二甲基环己胺、二乙基乙醇胺、二丁基乙醇胺、三(二甲氨基甲基)苯酚等叔胺、乙基甲基咪唑等咪唑类等。
而且,对于其他能够与具有环硫基的化合物进行共聚的单体可以例举为,具有羟基的化合物、具有巯基的化合物、一级胺或二级胺、具有羧基的化合物等。
对于具有羟基的化合物可以具体举例为,异丙醇、正己醇等醇类,乙二醇、1,6-己二醇、季戊四醇二(甲基丙烯酸)酯、季戊四醇二丙烯酸酯等多元醇类。对于具有巯基的化合物可以具体举例为,苯硫酚、巯基乙酸乙酯、双(2-巯基乙基)硫醚、2,5-二巯甲基-1,4-二噻烷等。
(2.底涂层)
底涂层形成于镜片基材的表面。底涂层存在于含有硫原子的镜片基材与后叙的硬膜层两者的界面,具有同时获得与含有非活性硫原子的镜片基材和硬膜层双方的密合性的性质,具有提高表面处理膜的耐久性的作用。而且还具有作为吸收外部冲击层的性质,具有提高耐冲击性的作用。并且,底涂层由至少含有如下“E成分”和“F成分”的涂膜组合物形成。
“E成分”为具有极性基团的有机树脂聚合物。
“F成分”为含有氧化钛的金属氧化物微粒。
“E成分”表现出对镜片基材和硬膜层双方的密合性。“F成分”表现出底涂层的折射率,同时作为填充材料能够提高底涂层的交联密度,提高耐水性和耐光性。
对于所述“E成分”,可以使用聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚烯烃树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂等各类树脂。其中,考虑到对含有硫原子的镜片基材的密合性和成为填充材料的金属氧化物微粒的分散性,可以优选使用聚酯树脂。
在聚酯树脂中,树脂中的酯键和支链上的羟基或环氧基与塑料镜片基材表面分子容易发生相互作用,表现出较好的密合性。另一方面,聚酯树脂的pH大多显示弱酸性,通常与填充材料金属氧化物微粒能够稳定存在的pH相符。因此,金属氧化物微粒并不是于底涂层树脂中局部存在,而是呈现均匀分散的状态,能提高底涂层的交联密度,并提高耐水性和耐光性。
对于聚酯树脂,可以例举特开2000-144048号公报中记载的聚酯类热塑性弹性体。聚酯类热塑性弹性体是在硬段中使用了聚酯、在软段中使用了聚醚或聚酯的多嵌段共聚物。硬段(H)与软段(S)的重量比例为H/S=30/70~90/10,优选40/60~80/20。
作为硬段组成成分的聚酯基本上由二羧酸类和低分子二醇构成。对于二羧酸可以例举为,对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2,6-萘二羧酸等芳香族二羧酸;琥珀酸、己二酸、壬二酸、十亚甲基二羧酸、十八烷二羧酸等碳原子数为4~20的直链饱和脂肪族二羧酸,ε-羟基己酸等脂肪族羟基羧酸,二聚物酸(具有双键的脂肪族单羧酸二聚形成的二元酸)等,以及这些羧酸的成酯性衍生物。其中,优选使用对苯二甲酸和2,6-萘二羧酸。
而且,对于低分子二醇可以例举为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇等脂肪族二醇,1,6-环己烷二甲醇等脂肪族二醇等,以及这些二醇的成酯性衍生物。其中,优选使用乙二醇和1,4-丁二醇。
作为软段组成成分的聚酯由二羧酸类和长链二醇构成,对于二羧酸类可以例举前述的物质。对于长链二醇可以例举聚(1,2-丁二烯二醇)、聚(1,4-丁二烯二醇)及其氢化化合物等。而且,作为聚酯成分ε-己内酯(C6)、庚内酯(C7)以及辛内酯(C8)也可以使用。其中优选使用ε-己内酯。
对于软段组成成分的聚醚可以例举为,聚(环氧乙烷)二醇、聚(1,2-环氧丙烷)二醇、聚(1,3-环氧丙烷)二醇、聚(1,4-环氧丁烷)二醇等聚(环氧烷)二醇,其中优选使用聚(1,4-环氧丁烷)二醇。
聚酯类热塑性弹性体的制造可以按如下方法进行,在钛酸丁酯等催化剂的存在下,于150℃~200℃加热二羧酸的低级烷基酯、脂肪族长链二醇与过量的低分子二醇进行酯交换反应,首先形成低聚合物,然后在高真空条件下,于220℃~280℃加热搅拌该低聚合物进行缩聚,得到聚酯类热塑性弹性体。所述低聚合物也可以通过将二羧酸、长链二醇和低分子二醇直接进行酯化反应来得到。
聚酯类热塑性弹性体可以与其他聚合物混合使用,例如常用的酯类树脂(PBT、PET等)、酰胺类树脂、或酰胺类热塑性弹性体等,通常其占聚合物全体的比例为小于等于50%,优选小于等于30%。
而且,聚酯类热塑性弹性体可以调制成为溶液型的底涂层组合物。然而,考虑到加工性和环境保护,优选使用水性乳液的底涂层组合物。这种乳液化可以按照常用的方法进行,具体地说,优选在表面活性剂(外部乳化剂)的存在下以高机械剪切对聚合物进行强制乳化的强制乳化法。
另一方面,“F成分”为含有氧化钛的金属氧化物微粒,其平均粒径为1nm~200nm,优选5nm~30nm。而且,金属氧化物微粒既可以仅含有氧化钛,也可以含有氧化钛和其他无机氧化物。例如,将作为其他无机氧化物的Si、Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr、In等金属的氧化物与氧化钛混合使用。而且,“F成分”的金属氧化物微粒也可以是氧化钛与其他无机氧化物的复合微粒。使用与其他无机氧化物的复合微粒时,可以使用Si、Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr、In等金属的氧化物与氧化钛复合得到的物质。
并且,优选使用分散于例如水、醇、或是其他有机溶剂等分散剂中的金属氧化物微粒作“F成分”。此时,为了提高金属氧化物微粒的分散稳定性,也可以以有机硅化合物、胺类化合物处理无机氧化物微粒的表面。
对于进行该处理时使用的有机硅化合物,可以例举单官能基硅烷、双官能基硅烷、三官能基硅烷、四官能基硅烷等。
对于胺类化合物可以例举铵、乙胺、三乙胺、异丙胺、正丙胺等烷胺;苄胺等芳烷胺;哌啶等脂肪环式胺;单乙醇胺、三乙醇胺等醇胺。
其中,为了提高与聚酯树脂的结合力,进一步提高底涂膜的交联密度,并提高耐水性、耐气候性和耐光性,优选使用以具有环氧基的有机硅化合物修饰处理金属氧化物微粒的外表面得到的金属氧化物微粒。而且,相对于无机氧化物微粒的重量,优选这些有机硅化合物和胺类化合物的添加量为约1%~15%。
优选作为“F成分”的含有氧化钛的金属氧化物微粒包含具有金红石型结晶结构的复合氧化物微粒。不过,在后叙的硬膜层中使用包含具有金红石型结晶结构的氧化钛的金属氧化物微粒时,由于硬膜层具有紫外线吸收性能,在底涂层上也可以使用包含具有以往的锐钛矿型结晶结构的氧化钛的复合氧化物微粒。
并且,对于无机氧化物微粒,除了氧化钛以外还可以使用氧化锡。
例如,优选使用的无机氧化物微粒是,以氧化锡(或氧化锡颗粒)和氧化锆颗粒、或是以氧化锡颗粒、氧化锆颗粒和氧化硅颗粒等复合微粒为核,以由氧化硅、氧化锆、五氧化锑、氧化铝中的1种或至少2种物质构成的复合胶体颗粒包覆其表面得到的无机氧化物微粒。氧化锡比氧化钛的折射率低,为了得到高折射率的底涂层需要增加其使用量,但考虑到氧化锡像氧化钛那样的光活性作用较少,当对底涂层和硬膜层本身的耐久性有要求时,是优选的组合。
然而,考虑到耐光性和折射率,关于底涂层更优选使用包含具有金红石型结晶结构的氧化钛的复合氧化物微粒。包含具有金红石型结晶结构的氧化钛的复合氧化物微粒,不仅耐光性出色,由于比锐钛矿型折射率高,能够减少在底涂层中的使用量,从而可以增加有助于提高密合性的树脂成分的量。
如此得到的用于形成底涂层的涂膜组合物可以根据需要稀释在溶剂中后使用。对于溶剂,可以使用醇类、酯类、酮类、醚类、芳香族类等溶剂。
除了上述成分之外,可以根据需要向涂膜组合物中添加少量的金属螯合物、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、分散染料、油溶染料、颜料、感光变色化合物、受阻胺、受阻酚类等耐光耐热稳定剂等,以改善涂膜液的涂布性、固化速度和固化后的被膜性能。
并且,涂布涂膜组合物(涂膜液)时,为了提高镜片基材与底涂层膜的密合性,事先对镜片基材的表面进行碱处理、酸处理、表面活性剂处理、以无机微粒或有机微粒进行的剥离/研磨处理、等离子处理等是有效的。
而且,作为涂布/固化涂膜组合物的方法,使用浸渍法、旋涂法、喷雾法、辊涂法、或流涂法涂布涂膜组合物之后,于40℃~200℃加热/干燥数小时,就能够形成底涂层。
底涂层的厚度为0.01μm~50μm,特别优选其为0.1μm~30μm的范围。若底涂层过薄,则无法实现耐水性和耐冲击性等基本性能;反过来,若底涂层过厚,则有损于表面平滑性,有时会产生光学扭曲或是白浊、模糊等外观上的缺陷。
(3.硬膜层)
在形成于镜片基材表面的底涂层上还形成有硬膜层。硬膜层至少具有如下“A成分”和“B成分”。“A成分”为含有具有金红石型结晶结构氧化钛的金属氧化物微粒。“B成分”为以通式R1SiX1 3表示的有机硅化合物(其中,R1表示碳原子数大于或等于2的具有可发生聚合反应的基团的有机基团,X1表示水解性基团)。
具体地说就是,硬膜层是由至少含有如下“A成分”和“B成分”的涂膜组合物形成的涂膜。
对于“A成分”,可以例举为含有由氧化钛和氧化锡、或是由氧化钛、氧化锡和氧化硅构成的具有金红石型结晶结构的复合氧化物且平均粒径为1nm~200nm的无机氧化物微粒。对于“B成分”,可以例举为以通式R1SiX1 3表示的有机硅化合物(其中,R1表示碳原子数大于或等于2的具有可发生聚合反应的基团的有机基团,X1表示水解性基团)。
为了抑制干涉条纹,要求硬膜层具有与高折射率的塑料镜片基材相同程度的高折射率。为了使硬膜层具有高折射率,一般的方法是使用具有高折射率的无机氧化物微粒,具体地说就是,使用由从Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr、In、Ti中选出的1种或至少2种金属的氧化物(包含它们的混合物)、和/或含有至少2种金属的复合氧化物构成的无色透明无机氧化物微粒。其中,考虑到折射率、透明性、分散稳定性等方面,一般使用含有氧化钛的无机氧化物微粒。
然而,使用含有氧化钛的无机氧化物微粒作硬膜层用的金属氧化物时存在如下问题。氧化钛接受光能(紫外线)后带有活性,由于强氧化分解能力而具有分解有机物的特性(下文中表示为光活性)。其结果,氧化钛作为硬膜层的组成成分被包含其中时,由于光活性将另一个主要组成成分的硅烷偶联剂等的有机物分解,使硬膜层产生裂缝或剥落,从而耐久性有降低的趋势。
与此相对,优选使用含有具有金红石型结晶结构氧化钛的金属氧化物。即,通过使用含有具有金红石型结晶结构氧化钛的金属氧化物微粒,能够改善由氧化钛的光活性引起的各种不便。这是因为,通过将含有氧化钛的金属氧化物的结晶结构由锐钛矿型改为金红石型而进一步提高了耐气候性和耐光性,而且金红石型结晶比锐钛矿型结晶的折射率高,所以能够得到折射率相对高的无机氧化物微粒。
锐钛矿型氧化钛接受光能(紫外线)后带有活性,具有通过强氧化分解能力而分解有机物的特性,具有金红石型结晶结构的氧化钛与其不同,此光活性低。这是由于,光(紫外线)照射使氧化钛的价电子带的电子激发,形成OH自由基和HO2自由基,通过这种强氧化能力使有机物分解,而金红石型氧化钛比锐钛矿型氧化钛对热能更稳定,自由基的生成量非常少。因此,由于混合了金红石型结晶结构氧化钛的硬膜层的耐气候性和耐光性出色,不必担心由有机薄膜构成的防反射膜会因为硬膜层而变质,能够得到耐气候性和耐光性出色的塑料镜片。
得到金红石型结晶结构氧化钛的方法有多种,优选制成与氧化锡的复合氧化物,或是在其中再添加了氧化硅的复合氧化物。添加与氧化锡的复合氧化物时,对于无机氧化物微粒中所含的氧化钛和氧化锡的量,将氧化钛换算为TiO2,将氧化锡换算为SnO2后,TiO2/SnO2的重量比为1/3~20/1,优选1.5/1~13/1的范围。
若减少SnO2的量使其低于所述重量比的范围,结晶结构会从金红石型转为锐钛矿型,成为含有金红石型结晶与锐钛矿型结晶的混合结晶,或是锐钛矿型结晶。而且,若增加SnO2的量使其高于所述重量比的范围,就会成为介于氧化钛的金红石型结晶与氧化锡的金红石型结晶中间的金红石型结晶结构,显示出与所谓的氧化钛的金红石型结晶不同的结晶结构,并且得到的无机氧化物微粒的折射率也会降低。
而且,使用在氧化钛与氧化锡的复合氧化物中又添加了氧化硅的复合氧化物时,对于无机氧化物微粒中所含的氧化钛、氧化锡和氧化硅的量,将氧化钛换算为TiO2,将氧化锡换算为SnO2,将氧化硅换算为SiO2后,TiO2/SnO2的重量比为1/3~20/1,优选1.5/1~13/1的范围;且(TiO2+SnO2)/SiO2的重量比为50/45~99/1,优选70/30~98/2的范围。
对于SnO2含量,与添加氧化钛和氧化锡的复合氧化物时的情况相同,并且通过在其中包含氧化硅,能够提高所得的无机氧化物微粒的稳定性和分散性。在此,若减少SiO2的量使其低于所述重量比的范围,稳定性和分散性会降低。而且,若增加SiO2的量使其高于所述重量比的范围,虽然稳定性和分散性会提高,但由于得到的无机氧化物微粒的折射率降低,所以不适宜。不过,在此金红石型氧化钛中也会生成自由基。
有关这一点,作为含有氧化钛的无机氧化物微粒,使用包含至少2种含有氧化钛的复合氧化物的无机氧化物微粒时也是如此。
因此,本发明的塑料镜片中的硬膜层优选制成由含有如下“A成分”和“B成分”的涂膜组合物形成的涂膜。
“A成分”为平均粒径为1nm~200nm的金属氧化物微粒,含有以由氧化硅、氧化锆和/或氧化铝构成的复合氧化物包覆层包覆了由氧化钛和氧化锡、或是由氧化钛、氧化锡和氧化硅构成的具有金红石型结晶结构的复合氧化物的核粒的表面的微粒。“B成分”为以通式R1SiX1 3表示的有机硅化合物(其中,R1表示碳原子数大于或等于2的具有可发生聚合反应的基团的有机基团,X1表示水解性基团)。
如前所述,以光(紫外线)照射氧化钛会使氧化钛的价电子带的电子激发,形成OH自由基和HO2自由基,通过强氧化能力使有机物分解,由于金红石型氧化钛比锐钛矿型氧化钛对热能更稳定,自由基的生成量非常少。然而,由于这种金红石型氧化钛中也会生成自由基,所以优选使用以由氧化硅、氧化锆和/或氧化铝构成的复合氧化物包覆层包覆由复合氧化物构成的核粒的表面得到的无机氧化物微粒。这是因为,在核粒中生成的自由基虽然具有同样强大的氧化能力但也很不稳定,在经过包覆层时由于包覆层的催化作用而这种氧化能力消失。
所述核粒中所含的氧化钛和氧化锡、或是氧化钛、氧化锡和氧化硅的含量与前述的情况相同,包含于包覆层中的氧化硅、氧化锆和氧化铝的含量则根据所使用的复合氧化物的不同组合优选从以下(a)~(c)中所示范围选择。
(a)以氧化硅和氧化锆的复合氧化物形成包覆层时,对于包覆层中所含的氧化硅和氧化锆的量,将氧化硅换算为SiO2,氧化锆换算为ZrO2时,SiO2/ZrO2的重量比为50/50~99/1,优选65/35~90/10的范围。
若增加ZrO2的量使其高于所述重量比的范围,能够捕集自由基的Zr原子虽然增加了,但由于包覆层出现了变形,无法形成致密的包覆层,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。而且,若减少ZrO2的量使其低于所述重量比的范围,虽然容易形成致密的包覆层,但由于能够捕集自由基的Zr原子减少,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。
(b)以氧化硅和氧化铝的复合氧化物形成包覆层时,对于包覆层中所含的氧化硅和氧化铝的量,将氧化硅换算为SiO2,氧化铝换算为Al2O3时,SiO2/Al2O3的重量比为60/40~99/1,优选68/32~95/5的范围。
此时,若增加Al2O3的量使其高于所述范围,能够捕集自由基的Al原子虽然增加了,但由于无法形成致密的包覆层,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。而且,若减少Al2O3的量使其低于所述范围,虽然容易形成致密的包覆层,但由于能够捕集自由基的Al原子减少,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。
(c)以氧化硅、氧化锆和氧化铝的复合氧化物形成包覆层时,对于包覆层中所含的氧化硅、氧化锆和氧化铝的量,将氧化硅换算为SiO2,氧化锆换算为ZrO2,氧化铝换算为Al2O3时,SiO2/(ZrO2+Al2O3)的重量比为98/2~6/4,优选95/5~7/3的范围。
若增加ZrO2与Al2O3的总量使其高于所述重量比的范围,能够捕集自由基的Zr原子和Al原子的总量虽然增加了,但由于无法形成致密的包覆层,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。而且,若减少ZrO2与Al2O3的总量使其低于所述范围,虽然容易形成致密的包覆层,但由于能够捕集自由基的Zr原子和Al原子减少,核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现,导致了有机物的氧化。而且,考虑到防止核粒中生成的自由基在无机氧化物微粒的表面出现而导致的有机物的氧化,包覆层的厚度为0.02nm~2.27nm,优选0.16nm~1.14nm的范围。
另外,这里所说的构成核粒的复合氧化物是指,由氧化钛和氧化锡构成的复合固溶体氧化物(包含掺杂有添加剂的复合氧化物)和/或复合氧化物组,或是由氧化钛、氧化锡和氧化硅构成的复合固溶体氧化物(包含掺杂有添加剂的复合氧化物)和/或复合氧化物组。而且,构成核粒和/或包覆层的复合氧化物,既可以是末端具有OH基的复合含水氧化物,也可以是还部分含有复合含水氧化物。
含有氧化钛的无机氧化物微粒的平均粒径为1nm~200nm,优选5nm~30nm的范围。若平均粒径小于1nm,在塑料基材上形成硬膜层之前的干燥过程中,微粒之间架桥化而不能均匀地收缩,并且这种收缩的收缩率也降低了,所以无法得到具有足够硬度的硬膜层。另一方面,若平均粒径大于或等于200nm,硬膜层变白,不能用作光学部件。
而且,既可以单独使用含有具有金红石型结晶结构氧化钛的无机氧化物微粒,也可以与其他无机氧化物微粒合用。对于其他无机氧化物微粒,可以例举由从Si、Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr、In中选出的1种或至少2种金属的氧化物(包含它们的混合物)、和/或含有至少2种金属的复合氧化物构成的无机氧化物微粒。
作为无机氧化物微粒的一个具体例子,将平均粒径为1nm~200nm的含有具有金红石型结晶结构氧化钛的无机氧化物微粒以胶体状分散于例如水、醇类或其他有机溶剂的分散剂。对于市售的分散剂可以例举为包含以由氧化硅、氧化锆和/或氧化铝构成的复合氧化物包覆层包覆由氧化钛和氧化锡、或是由氧化钛、氧化锡和氧化硅构成的具有金红石型结晶结构的复合氧化物的核粒的表面得到的无机氧化物微粒(其平均粒径为8nm~10nm)的涂布用分散溶胶(触媒化成工业株式会社制造,Optlake)等。
为了提高涂膜组合物中的分散稳定性,也可以使用表面经有机硅化合物、胺类化合物或是酒石酸、苹果酸等的羧酸处理的无机氧化物微粒。
对于此时使用的有机硅化合物,可以例举为单官能基硅烷、双官能基硅烷、三官能基硅烷、四官能基硅烷等。而且,既可以在未处理水解性基团的条件下进行该处理,也可以进行水解后进行该处理。并且,在进行水解后进行该处理的情况下,优选在水解性基团与微粒的-OH基反应后的状态进行,但即使残留部分水解性基团也不会对稳定性有什么影响。
而且,对于胺类化合物可以例举为铵、乙胺、三乙胺、异丙胺、正丙胺等烷胺,苄胺等芳烷胺,哌啶等脂肪环式胺,单乙醇胺、三乙醇胺等醇胺。
无机氧化物微粒的种类和混合量可以根据期望的硬度或折射率来决定,对于混合量,优选硬膜组合物中的固体成分为5重量%~80重量%,特别优选10重量%~50重量%的范围。若混合量过少,有时涂膜的耐磨损性不足。另一方面,若混合量过多,有时涂膜会产生裂缝,并且染色性也不足。
下面对“B成分”(以通式R1SiX1 3表示的有机硅化合物)进行说明。
“B成分”起到硬膜层粘合剂的作用。“B成分”的通式R1SiX1 3中,R1为具有可发生聚合反应的基团的有机基团,碳原子数大于或等于2。R1具有乙烯基、烯丙基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、1-甲基乙烯基、环氧基、巯基、氰基、异氰基、氨基等可聚合的反应基团。而且,X1为水解性基团,可以例举为甲氧基、乙氧基、甲氧乙氧基等烷氧基、氯、溴等的卤基和酰氧基等。
对于“B成分”的有机硅化合物可以例举为乙烯基三烷氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、烯丙基三烷氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三烷氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、巯丙基三烷氧基硅烷、γ-氨丙基三烷氧基硅烷等。
该“B成分”的有机硅化合物也可以至少两种混合使用。
于是,混合“A成分”和“B成分”,在制造形成硬膜层的硬膜组合物溶液时,优选将“A成分”的分散溶胶与“B成分”相混合。
“A成分”的混合量取决于硬膜层的硬度和折射率等条件,优选在硬膜组合物溶液中的固体成分含量为5重量%~80重量%,特别优选10重量%~50重量%。若混合量过少,硬膜层的耐磨损性不够;若混合量过多,硬膜层上有时会出现裂缝。而且,对硬膜层进行染色时,有时染色性也会降低。
而且,硬膜层中不仅含有“A成分”和“B成分”,还含有多官能性环氧化合物是非常有用的。多官能性环氧化合物在提高硬膜层对底涂层的密合性的同时,还能够提高硬膜层的耐水性和作为塑料镜片的耐冲击性。而且,若在多官能性环氧化合物的分子中存在羟基,则能够提高与底涂层的密合性。因此,通过使用一个分子中含有至少一个羟基的多官能性环氧化合物,可以减少该多官能性环氧化合物的混合量,能够提高耐擦伤性。特别是用有机膜在硬膜层的上面形成后叙的防反射膜时,防反射膜的厚度大多很薄,特别是在防反射膜中使用内部具有空洞的氧化硅颗粒时,由于其能够透过水,要求硬膜层有耐水性。因此使用多官能性环氧化合物非常有用。
对于多官能性环氧化合物,可以例举为1,6-己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、四乙二醇二缩水甘油醚、九乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、四丙二醇二缩水甘油醚、九丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、新戊二醇羟基缬氨酸酯的二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、双甘油二缩水甘油醚、双甘油三缩水甘油醚、双甘油四缩水甘油醚、季戊四醇二缩水甘油醚、季戊四醇三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚、二季戊四醇四缩水甘油醚、山梨醇四缩水甘油醚、三(2-羟乙基)异氰酸酯的二缩水甘油醚、三(2-羟乙基)异氰酸酯的三缩水甘油醚等的脂肪族环氧化合物,异佛尔酮二醇二缩水甘油醚(isophoronediol diglycidyl ether)、双-2,2-羟基环己基丙烷二缩水甘油醚等的脂环族环氧化合物,间苯二酚二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、双酚S二缩水甘油醚、邻苯二甲酸二缩水甘油醚、苯酚酚醛聚缩水甘油醚、甲酚酚醛聚缩水甘油醚等的芳香族环氧化合物等。
其中,优选使用1,6-己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、三(2-羟乙基)异氰酸酯的三缩水甘油醚等的脂肪族环氧化合物。
并且,也可以在硬膜层中添加固化催化剂。对于固化催化剂,可以例举为高氯酸、高氯酸铵、高氯酸镁等的高氯酸类、以Cu(II)、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)、Be(II)、Ce(III)、Ta(III)、Ti(III)、Mn(III)、La(III)、Cr(III)、V(III)、Co(III)、Fe(III)、Al(III)、Ce(IV)、Zr(IV)、V(IV)等为中心金属原子的乙酰丙酮化物、胺、甘氨酸等氨基酸、路易斯酸、有机酸金属盐等。
作为固化催化剂,优选其中的高氯酸镁、以Al(III)、Fe(III)为中心金属原子的乙酰丙酮化物。特别最优选以Fe(III)为中心金属原子的乙酰丙酮化物。
对于固化催化剂的添加量,优选硬膜组合物溶液的固体成分浓度为0.01重量%~5.0重量%的范围。
如此得到的用于形成硬膜层的涂膜组合物可以根据需要稀释在溶剂中后使用。对于溶剂,可以使用醇类、酯类、酮类、醚类、芳香族类等的溶剂。而且,用于形成硬膜层的涂膜组合物可以根据需要添加少量的金属螯合物、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、分散染料、油溶染料、颜料、感光变色化合物、受阻胺、受阻酚等的耐光耐热稳定剂等,以改善涂膜液的涂布性、固化速度和固化后的被膜性能。
而且,作为涂布/固化涂膜组合物的方法,使用浸渍法、旋涂法、喷雾法、辊涂法、或流涂法涂布涂膜组合物之后,于40℃~200℃加热/干燥数小时,就能够形成硬膜层膜。
优选硬膜层膜的厚度为0.05μm~30μm。若膜厚小于0.05μm,则无法实现基本性能。并且,若膜厚大于30μm,则有损于表面平滑性,有时会产生光学扭曲。
(4.防反射膜)
防反射膜形成于硬膜层的上面。
形成的防反射膜的折射率比硬膜层的折射率低至少0.10,是厚度为50nm~150nm的有机薄膜。
对于形成防反射膜的有机薄膜没有特殊限制,只要是折射率比硬膜层低至少0.10且厚度为50nm~150nm即可,可以优选使用硅酮类、丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类、三聚氰胺类等的树脂、或是单独使用该原料的单体得到的有机薄膜,也可以合用该原料单体与其他树脂或是两种以上该原料单体得到的有机薄膜。其中,考虑到作为塑料镜片的耐热性、耐药品性和耐擦伤性等的诸多特性,特别优选含有硅酮类树脂的低折射率层。此时,为了提高表面硬度,调整折射率,更优选添加微粒状无机物。对于添加的微粒状无机物,可以例举分散为胶体状的溶胶,具体举例为氧化硅溶胶、氟化镁溶胶、氟化钙溶胶等。
并且,对于防反射膜,可以优选使用利用含有如下所示“C成分”和“D成分”的涂膜组合物以湿式法形成的有机薄膜。“C成分”为以通式R2 nR3 mSiX2 4-n-m表示的有机硅化合物(其中,R2表示具有可发生聚合反应的基团的有机基团,R3表示碳原子数为1~6的烃基,X2表示水解性基团,n为0或1,m为0或1),“D成分”是平均粒径为1nm~150nm的氧化硅类微粒。
“C成分”为以通式R2 nR3 mSiX2 4-n-m表示的有机硅化合物,对于R2表示的具有可发生聚合反应的基团的有机基团,可以例举为乙烯基、烯丙基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、环氧基、巯基、氰基、氨基等。而且,对于R3表示的碳原子数为1~6的烃基,可以具体举例为甲基、乙基、丁基、乙烯基、苯基、全氟代烷基等。而且,对于X2表示的可以水解的基团(水解性基团),可以具体举例为甲氧基、乙氧基、甲氧乙氧基等烷氧基、氯、溴等的卤基和酰氧基等。
对于基于此通式的有机硅化合物,可以具体举例为,乙烯基三烷氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、烯丙基三烷氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧丙基二烷氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三烷氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、巯丙基三烷氧基硅烷、γ-氨丙基三烷氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷等。
而且,作为“D成分”的氧化硅类微粒为例,可以举出平均粒径为1nm~150nm的氧化硅类微粒以胶体状态分散于由水、醇类或其他有机溶剂构成的分散剂中的氧化硅溶胶。而且,为了得到较低的折射率,优选使用由内部形成有空洞或空隙的氧化硅类微粒构成的氧化硅溶胶。由于在氧化硅类微粒内部的空洞内包含比氧化硅折射率低的气体或溶剂,与没有空洞的氧化硅微粒相比折射率更低,可以实现了防反射膜的低折射率。
内部有空洞的氧化硅类微粒可以按照特开2001-233611号公报记载的方法进行制造,在本发明中,优选使用平均粒径为20nm~150nm且折射率为1.16~1.39的微粒。若颗粒的平均粒径小于20nm,则颗粒内部的空隙率变小,无法得到期望的低折射率。若平均粒径超过150nm,则有机薄膜的雾浊会增加,所以不适宜。
对于这种有内部空洞的氧化硅类微粒,可以例举为含有平均粒径为20nm~150nm且折射率为1.16~1.39的中空氧化硅微粒的分散溶胶(触媒化成工业株式会社制造,Throughlia和Recum)等。
并且,可以向形成防反射膜的涂膜组合物中添加聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚烯烃树脂、氨基甲酸酯-丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂等各类树脂,或是成为这些树脂原料的甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类、环氧类、乙烯类等各种单体。而且,为了降低折射率,优选添加各种含氟聚合物、或各种含氟单体。
对于含氟聚合物,优选通过聚合含氟乙烯基单体得到的聚合物,并优选其还具有能够与其他成分共聚的基团。
该低折射率用涂膜组合物可以根据需要稀释于溶剂中后使用。对于溶剂,可以使用水、醇类、酯类、酮类、醚类、芳香族类等的溶剂。
并且,形成防反射膜的含有“C成分”和“D成分”的低折射率膜涂膜组合物,可以根据需要添加少量的固化催化剂、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、防氧化剂、受阻胺、受阻酚等的光稳定剂、分散染料、油溶染料、荧光燃料、颜料等,以提高涂膜溶液的涂布性,改善固化后的被膜性能。
于是,在硬膜层上以湿式法形成低折射率膜涂膜组合物的被膜,即防反射膜。
以蒸镀法或喷溅法等干式法形成的无机膜与下层的由有机被膜构成的硬膜层之间的热膨胀率差异大,因此耐热性低,与此相对,以湿式法形成的由有机薄膜构成的防反射膜与硬膜层的热膨胀率差异小,因此不易由于加热产生裂缝,其耐热性出色。由于能够以湿式法形成,不需要真空装置或大型设备,可以简便地进行制造。
对于以湿式法形成低折射率防反射膜的方法,可以使用浸渍法、旋涂法、喷雾法、流涂法等众所周知的方法。这些成膜方法中,为了在塑料镜片那样的曲面上没有斑纹地形成厚度为50nm~150nm的薄膜,优选浸渍法或旋涂法。另外,在硬膜层上形成低折射率的防反射膜时,优选对硬膜层表面进行前处理。对于前处理的具体例子,通过表面研磨、紫外线-臭氧洗净、等离子处理等使硬膜层表面亲水化(接触角θ小于等于60°)的方法都很有效。
形成防反射膜的具体成膜方法按如下顺序进行。
首先,以有机溶剂稀释“C成分”的有机硅化合物,根据需要添加水、稀盐酸或醋酸等进行水解。然后添加以5重量%~50重量%的比例于有机溶剂中以胶体状分散的“D成分”氧化硅微粒。之后,根据需要添加表面活性剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂等,充分搅拌后用作涂膜液。
此时,关于相对于固化后固体成分的涂膜液的稀释浓度,优选固体成分浓度为0.5重量%~15重量%,更优选1重量%~10重量%。若固体成分浓度超过15重量%,使用浸渍法时提起速度变慢,或是使用旋涂法时即使增加旋转数也难以得到规定的膜厚,涂膜过厚。而且,若固体成分浓度小于0.5重量%,使用浸渍法时提起速度变快,或是使用旋涂法时即使减少旋转数涂膜也过薄,难以得到规定的膜厚。而且,若速度过快,或旋转数过慢,镜片上的涂斑易变大,即使添加表面活性剂也无法完全弥补。
将涂膜液涂在塑料镜片上后,可以通过加热或紫外线照射使其固化得到防反射膜,不过优选通过加热处理使其固化。加热处理时的加热温度可以根据涂布组合物的成分或镜片基材的耐热性等来决定,但优选50℃~200℃,更优选80℃~140℃。
得到的防反射膜的厚度必须为50nm~150nm。膜厚比此范围厚或薄都无法得到足够的防反射效果。而且,关于防反射膜的折射率,为了起到防反射膜的作用,与下层的硬膜层的折射率差应大于等于0.10,优选大于0.15,更优选大于0.20。具体优选的折射率为1.30~1.45。
像这样在镜片基材上形成底涂层、硬膜层和防反射膜得到塑料镜片,为了提高塑料镜片表面的防水防油性,还可以在防反射膜上形成由含氟有机硅化合物构成的防污层。对于含氟有机硅化合物,优选使用以如下通式1表示的含氟硅烷化合物。
[通式1]
通式1中,Rf为碳原子数为1~16的直链或分支状全氟代烷基,优选CF3-、C2F5-、C3F7-。R1为能够水解的基团,优选卤素、-OR3、-OCOR3、-OC(R3)=C(R4)2、-ON=C(R3)2、-ON=CR5。更优选氯、-OCH3、-OC2H5。R3为脂肪族烃基或芳香族烃基,R4为氢或低级脂肪族烃基,R5为碳原子数为3~6的二价脂肪族烃基。
R2为氢或非活性的一价有机基团,优选碳原子数为1~4的一价烃基。a、b、c、d为0~200的整数,优选1~50,e为0或1。m或n为0~2的整数,优选0。p为大于等于1的整数,优选1~10的整数。而且,分子量为5×102~1×105,优选5×102~1×104。
并且,作为如上通式1所示的含氟硅烷化合物的优选结构的例子,可以例举如下通式2所示物质。
[通式2]
通式2中,Y为氢或低级烷基,R1为能够水解的基团,q为1~50的整数,m为0~2的整数,r为1~10的整数。
如通式1或通式2所示的含氟硅烷化合物可以以如下方法使用,溶于有机溶剂,调整至规定浓度得到防水处理液,然后用此防水处理液涂布在防反射膜上。对于涂布方法可以使用浸渍法、旋涂法、喷雾法、流涂法、刮刀法、辊涂、凹版涂布、淋涂、刷涂等。
作为有机溶剂,优选具有对含氟硅烷化合物溶解性出色的全氟基团且碳原子数大于4的有机化合物,可以例举为全氟代己烷、全氟代环丁烷、全氟代辛烷、全氟代癸烷、全氟代甲基环己烷、全氟代1,3-二甲基环己烷、全氟代-4-甲氧基丁烷、全氟代-4-乙氧基丁烷、六氟代间二甲苯等。而且,还可以使用全氟醚油、氯三氟乙烯寡聚物油。除此之外,还可以例举FLON225(CF3CF2CHCl2和CClF2CF2CHClF的混合物)。可以单独使用这些有机溶剂中的1种或混合使用2种以上。
以有机溶剂稀释时的浓度优选为0.03重量%~1重量%。若浓度过低,则很难形成厚度足够的防污层,有时无法得到足够的防水防油效果;另一方面,若浓度过高,则防污层可能过厚,涂布之后可能会增加为了去掉涂斑而进行清洗操作的负担。
对于防污层的厚度没有特殊限制,优选0.001μm~0.5μm。更优选0.001μm~0.03μm。若防污层的厚度过薄则防水防油效果不够,若过厚则表面发粘,因此不优选。而且,若防污层的厚度大于0.03μm,防反射效果会降低,因此不优选。
作为防水处理液的涂布方法使用浸渍法时,在以有机溶剂调整至规定浓度的防水处理液中浸泡塑料镜片一定时间后,以一定的速度提起。此时,优选浸泡时间为0.5分钟至3分钟。若短于0.5分钟,由于塑料镜片表面没有充分吸收防水剂,无法得到规定的防水性能。若长于3分钟,导致周期时间过长,因此不优选。优选提起速度为100mm/min(毫米/分钟)~300mm/min。虽然速度需要根据防水处理液的浓度来决定,但若低于100mm/min,防污层过薄无法达到规定的防污性能,若大于300mm/min,防污层过厚,涂布之后可能会增加为了去掉涂斑而进行清洗操作的负担。
实施例
下面对基于本发明实施方式的实施例和比较例进行说明。
(实施例1)
(1)底涂层组合物的调制
在不锈钢容器内加入3700重量份甲醇、250重量份水、1000重量份丙二醇单甲醚,充分搅拌后加入2800重量份的以氧化钛、氧化锆、氧化硅为主的复合微粒溶胶(锐钛矿型结晶结构,分散于甲醇,总固体成分浓度为20重量%,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120ZU-25·A8),搅拌混合。然后加入2200重量份聚氨酯树脂并搅拌混合后,再加入2重量份硅酮类表面活性剂(日本Unicar株式会社制造,商品名L-7604),持续搅拌一昼夜后,以2μm的过滤器过滤,得到底涂层组合物。
(2)硬膜组合物的调制
在不锈钢容器中添加1000重量份丁基溶纤剂和1200重量份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,充分搅拌后,添加300重量份0.1摩尔/升盐酸持续搅拌一昼夜,得到硅烷水解物。向此硅烷水解物中添加30重量份硅酮类表面活性剂(日本Unicar株式会社制造,商品名L-7001)再搅拌1小时之后,加入7300重量份的以氧化钛、氧化锡、氧化硅为主的复合微粒溶胶(金红石型结晶结构,分散于甲醇,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake 1120Z 8RU-25·A17),搅拌混合2小时。然后加入250重量份环氧树脂(长濑化成株式会社制造,商品名代那考尔EX-313)搅拌2小时后,添加20重量份乙酰丙酮铁(III)并搅拌1小时,以2μm的过滤器过滤,得到硬膜组合物。
(3)低折射率涂膜组合物的调制
在不锈钢容器中加入208重量份四甲氧基硅烷、356重量份甲醇、18重量份水和18重量份的0.01当量盐酸,使用分散装置充分搅拌得到混合液。在25℃的恒温槽中搅拌该混合液2小时,得到硅烷水解物。向此硅烷水解物中混合中空氧化硅-异丙醇分散溶胶(触媒化成工业株式会社制造,固体成分浓度20重量%,平均一次粒径35nm,外壳厚度8nm)使其与硅烷水解物的重量比为70/30。然后混合1重量份硅酮类表面活性剂(日本Unicar株式会社制造,商品名L-7001),之后以丙二醇单甲醚稀释,使总固体成分含量为2%,就得到低折射率涂膜组合物。
(4)底涂层、硬膜层、防反射膜的形成
先备好硫代聚氨酯类塑料镜片基材(精工爱普生株式会社制造,商品名Seiko Super Sovereign base,折射率1.67)。
然后,对准备好的镜片基材进行碱处理(于保持在50℃的2.0当量氢氧化钾溶液中浸泡5分钟后以纯水洗净,然后于保持在25℃的0.5当量硫酸中浸泡1分钟进行中和),并以纯水洗净,进行干燥、放冷。之后浸泡在(1)中调制好的底涂层组合物中,以30cm/min(厘米/分钟)的速度提起,于80℃烧制20分钟,在镜片基材表面形成底涂层。然后,将形成有底涂层的镜片基材浸泡在(2)中调制好的硬膜组合物中,以30cm/min的速度提起,于80℃烧制30分钟,在底涂层上形成硬膜层。之后,在设定为125℃的烤箱中加热3小时,得到形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片。形成的底涂层厚度为0.5μm,硬膜层的厚度为2.5μm。
之后,对形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片进行等离子处理(大气等离子),然后将其浸泡在(3)中调制好的低折射率涂膜组合物中,以5cm/min的速度提起,于80℃烧制30分钟,再在设定为100℃的烤箱中加热2小时,就形成了由低折射率膜构成的防反射膜,得到了形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。形成的防反射膜的厚度为100nm。
(实施例2)
使用聚酯树脂代替实施例1中形成底涂层时使用的底涂层组合物的有机树脂聚合物,并使用以氧化钛、氧化锆、氧化硅为主体的复合微粒溶胶(锐钛矿型结晶结构,分散于甲醇,总固体成分浓度为20重量%,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120Z U-25·G)作金属氧化物微粒,除此之外,使用与实施例1相同的硬膜组合物和低折射率涂膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法得到形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。
(实施例3)
使用聚酯树脂代替实施例1中形成底涂层时使用的底涂层组合物的有机树脂聚合物,并使用以氧化钛、氧化锡、氧化硅为主的复合微粒溶胶(金红石型结晶结构,分散于甲醇,总固体成分浓度为20重量%,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120Z U-25·A17)作金属氧化物微粒,除此之外,使用与实施例1相同的硬膜组合物和低折射率涂膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法得到形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。
(实施例4)
使用聚酯树脂代替实施例1中形成底涂层时使用的底涂层组合物的有机树脂聚合物,并使用以氧化钛、氧化锡、氧化硅为主的复合微粒溶胶(金红石型结晶结构,分散于甲醇,总固体成分浓度为20重量%,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120Z U-25·G)作金属氧化物微粒,除此之外,使用与实施例1相同的硬膜组合物和低折射率涂膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法得到形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。
(比较例1)
在实施例1中不形成底涂层,按如下所示调制硬膜组合物,直接在塑料镜片基材表面形成硬膜层,除此之外,使用与实施例1相同的低折射率涂膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法形成硬膜层和防反射膜。
(1)硬膜组合物的调制
在不锈钢容器中添加1000重量份丁基溶纤剂和1200重量份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,充分搅拌后,添加300重量份0.1摩尔/升的盐酸持续搅拌一昼夜,得到硅烷水解物。向此硅烷水解物中添加30重量份硅酮类表面活性剂(日本Unicar株式会社制造,商品名L-7001),再搅拌1小时之后,加入7300重量份的以氧化钛、氧化锡、氧化硅为主体的复合微粒溶胶(金红石型结晶结构,分散于甲醇,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120Z 8RU-25·A17),搅拌混合2小时。然后加入250重量份环氧树脂(长濑化成株式会社制造,商品名代那考尔EX-313),搅拌2小时后,添加20重量份乙酰丙酮铁(III)并搅拌1小时,以2μm的滤膜过滤,得到硬膜组合物。
(2)硬膜层、防反射膜的形成
先备好硫代聚氨酯类塑料镜片基材(精工爱普生株式会社制造,商品名Seiko Super Sovereign base,折射率1.67)。
然后,对准备好的镜片基材进行碱处理(于保持在50℃的2.0当量氢氧化钾溶液中浸泡5分钟后以纯水洗净,然后于保持在25℃的0.5当量硫酸中浸泡1分钟进行中和),并以纯水洗净,进行干燥、放冷。之后浸泡在(1)中调制的硬膜组合物中以30cm/min的速度提起,于80℃烧制30分钟,再在设定为125℃的烤箱中加热3小时,在镜片基材表面形成了硬膜层。然后,对形成有硬膜层的塑料镜片进行等离子处理,在硬膜层上形成由低折射率膜构成的防反射膜,得到了形成有硬膜层和防反射膜的塑料镜片。另外,形成的硬膜层厚度为2.5μm。
(比较例2)
在实施例1中形成硬膜层时,使用以氧化钛、氧化锆、氧化硅为主的复合微粒溶胶(锐钛矿型结晶结构,分散于甲醇,总固体成分浓度为20重量%,触媒化成工业株式会社制造,商品名为Optlake1120Z U-25·A8)代替以氧化钛、氧化锡、氧化硅为主体的复合微粒溶胶作金属氧化物微粒,除此之外,使用与实施例1相同的底涂层组合物、硬膜组合物和低折射率涂膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法得到形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。
(比较例3)
在实施例1中形成防反射膜时,利用真空蒸镀无机物代替涂布低折射率涂膜组合物,除此之外,使用与实施例1相同的底涂层组合物和硬膜组合物,按照与实施例1相同的制造方法形成底涂层和硬膜层,得到形成有底涂层、硬膜层和防反射膜的塑料镜片。防反射膜的形成按如下方法进行,先将形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片投入真空蒸镀装置,一边排气一边加热至85℃,进行离子枪处理(载气:氧气,电压:400eV,处理时间30秒)。然后继续排气,直至真空度达到5.0×10-5mbar,之后以电子束加热法将蒸镀原料蒸镀,在硬膜层膜一侧形成了由SiO2(30nm)/TiO2(20nm)/SiO2(35nm)/TiO2(55nm)/SiO2(20nm)/TiO2(35nm)/SiO2(95nm)构成的7层的防反射膜。
按如下所示评价方法对如上实施例1~4和比较例1~3中得到的塑料镜片的物性进行了评价。结果于表1表示。评价项目为干涉条纹、反射率、耐擦伤性、初期密合性、耐湿性、耐温水性、耐光性、耐碱性、耐热性、耐冲击性等十项。以下对各评价方法进行说明。
(1)干涉条纹
将镜片遮在三波长荧光灯的正下方,肉眼观察镜片表面上干涉条纹的形成状况来进行评价,将几乎未形成干涉条纹的记为○、清楚地形成了干涉条纹的记为×。
(2)反射率
用分光光度计测定镜片的反射率,根据测定的视见度曲线换算视见度修正的反射率。
(3)耐擦伤性
以1kg重量按压着不锈钢棉#0000在镜片表面上3cm~4cm的距离内摩擦10个来回后,肉眼观察镜片表面的伤痕状态,以如下A~E的5个标准进行评价。
A:完全没有伤痕
B:观察到1~5道伤痕
C:观察到6~20道伤痕
D:有21道以上伤痕但并非雾浊
E:有很多伤痕接近于雾浊
(4)初期密合性
交错切割镜片表面,形成间隔约为1mm、100格的围棋盘状,用胶带[Nichiban株式会社制造,商品名Sellotape(注册商标)]牢固地粘贴该横切部分后快速撕下胶带,对于撕下胶带后棋盘上的薄膜脱落状态,以如下a~e的5个标准进行评价。
a:完全没有脱落(薄膜脱落格数=0/100)
b:几乎没有脱落(薄膜脱落格数=1~5/100)
c:稍有脱落(薄膜脱落格数=6~20/100)
d:发生脱落(薄膜脱落格数=21~50/100)
e:密合性差(薄膜脱落格数=51~100/100)
(5)耐湿性
将镜片放置在恒温恒湿器(40℃,90RH%)中10天之后,从恒温恒湿器中取出镜片,于室温条件下放置3小时后进行密合性试验。按照与(4)初期密合性相同的操作和评价标准进行了密合性试验。耐湿性试验中使用的镜片都是预先将塑料镜片进行过染色的彩色镜片。将2g精工Plux Diamond coat用染色剂灰色D(GRAY D)溶解在1升的95℃热水中,调制染色壶,将塑料镜片浸泡在染色壶中10分钟。之后,将塑料镜片从染色壶中取出,用丙酮进行擦洗,按照各实施例和比较例中所示方法形成底涂层、硬膜层和防反射膜。
(6)耐温水性
将镜片浸泡在80℃的温水中2个小时后,从温水中取出镜片并用水冷却后进行密合性试验。按照与(4)初期密合性相同的操作和评价标准进行了密合性试验。耐温水试验中使用的镜片都是预先将塑料镜片进行过染色的彩色镜片(染色方法参照(5)耐湿性)。
(7)耐光性
以氙耐候计(キセノンロングライフウエザ一メ一タ一)(Suga试验机株式会社制造)照射镜片200小时后,从氙耐候计中取出镜片并用水冷却后进行密合性试验。按照与(4)初期密合性相同的操作和评价标准进行了密合性试验。耐光性试验中使用的镜片都是预先将塑料镜片进行过染色的彩色镜片(染色方法参照(5)耐湿性)。
(8)耐碱性
将镜片浸泡在20℃的10重量%氢氧化钠溶液中30分钟,取出镜片水洗后进行密合性试验。按照与(4)初期密合性相同的操作和评价标准进行了密合性试验。
(9)耐热性
将镜片打磨适合眼镜架的形状后,将其嵌入镜架并拧紧螺丝,放入60℃的恒温槽中30分钟。之后取下镜片,于室温条件下冷却1小时后,通过观察有无裂缝来进行评价。未产生裂缝时继续放入65℃恒温槽30分钟,根据是否产生裂缝来进行评价。之后放入依次升高5℃的恒温槽中30分钟,将产生裂缝时的温度视为耐热界限温度。
(10)耐冲击性
使16.3g的钢球从127cm高的位置朝向镜片表面垂直下落后进行评价,将未损坏的记作○,损坏或穿透的记作×。
[表1]
|
干涉条纹 |
反射率(%) |
耐擦伤性 |
初期密合性 | 耐湿性 |
耐温水性 | 耐光性 | 耐碱性 |
耐热性(℃) |
耐冲击性 |
实施例1 |
○ |
98.5 |
A |
a |
b |
b |
b |
b |
105 |
○ |
实施例2 |
○ |
98.6 |
A |
a |
a |
a |
b |
a |
105 |
○ |
实施例3 |
○ |
98.5 |
A |
a |
b |
b |
a |
b |
105 |
○ |
实施例4 |
○ |
98.4 |
A |
a |
a |
a |
a |
a |
105 |
○ |
比较例1 |
○ |
98.5 |
A |
a |
a |
a |
e |
b |
105 |
× |
比较例2 |
○ |
98.5 |
A |
a |
d |
c |
e |
b |
105 |
○ |
比较例3 |
○ |
98.3 |
A |
a |
a |
b |
a |
a |
70 |
○ |
由表1的结果可知,在镜片基材和硬膜层之间形成有底涂层的实施例1~4中能够得到出色的耐久性(密合性)。并且,在实施例2和4中,由于在底涂层组合物中合用了聚酯树脂和以具有环氧基的有机硅化合物处理金属氧化物微粒的外表面得到的金属氧化物微粒,特别提高了耐湿性和耐温水性。而且,实施例3和4中,由于使用了含有具有金红石型结晶结构氧化钛的金属氧化物微粒,特别提高了耐光性。
与此相对,由于在比较例1中没有形成底涂层,耐光性和耐冲击性都不足。并且,在比较例2中,由于在硬膜组合物中使用了含有锐钛矿型结晶结构氧化钛的金属氧化物微粒,耐光性尤为不足。而且,在比较例3中,由于通过真空涂膜形成无机多层膜以作防反射膜,其耐热性不足。
如上说明的本发明可不受限制地用于塑料镜片。对于光学部件,可以例举为眼镜镜片、照相机镜片、望远镜用镜片、显微镜用镜片、用于分档器的聚光镜片等光学镜片。