ES2266210T3 - Procedimiento para la preparacion de un recubrimiento resistente a la abrasion sobre un sustrato de vidrio organico. - Google Patents

Procedimiento para la preparacion de un recubrimiento resistente a la abrasion sobre un sustrato de vidrio organico. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para preparar un recubrimiento resistente a la abrasión sobre por lo menos una superficie de un sustrato realizado en un vidrio orgánico que comprende: (a) preparar una composición polimerizable que contiene un componente A que comprende por lo menos un compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula o un hidrolizado de los mismos, y un componente B que comprende partículas finas de sílice, entre 0, 1% y 3% en peso de por lo menos un iniciador de fotopolimerización catiónica y entre 0, 005% y 0, 25% en peso de por lo menos un catalizador de polimerización térmica; (b) recubrir por lo menos una superficie del sustrato con la composición resultante de la etapa (a); (c) someter el sustrato recubierto a una etapa de fotopolimerización para el precurado de la capa de recubrimiento, y seguidamente: (d) someter el sustrato con la capa de recubrimiento precurada sobre el mismo a un curado térmico a una temperatura de entre 50ºC y 500ºC y durante menos de 1 minuto para el curado completo de la capa de recubrimiento.

Description

Procedimiento para la preparación de un recubrimiento resistente a la abrasión sobre un sustrato de vidrio orgánico.
La presente invención se refiere, de manera general, a un procedimiento para formar un recubrimiento resistente a la abrasión sobre sustratos sólidos realizados en vidrios orgánicos, tales como lentes ópticas u oftálmicas u otros artículos ópticos, y más particularmente a un procedimiento para formar dicho recubrimiento resistente a la abrasión a partir de una composición fotoquímica y térmicamente curable que contiene por lo menos un epoxipolialcoxisilano.
Aunque las lentes oftálmicas realizadas en vidrios orgánicos se benefician de la simplicidad de fabricación, coste más bajo que el vidrio mineral, y de la ligereza de peso, se rayan con facilidad, requiriendo, por lo tanto, la aplicación de un recubrimiento resistente a la abrasión para competir con la resistencia a la abrasión de las lentes de vidrio mineral.
A las lentes monofocales acabadas y las lentes semiacabadas se les aplica con bastante frecuencia un recubrimiento resistente a la abrasión en el sitio de fabricación de las lentes. En el caso de la lente monofocal acabada, el óptico o el laboratorio sólo necesita adaptar los bordes de las lentes para ajustarlas a la montura previamente a su dispensación. Sin embargo, en el caso de las lentes semiacabadas, el óptico o el laboratorio debe tratar la superficie de la cara posterior de las lentes para ajustarlas a la prescripción previamente a la adaptación de los bordes y el ajuste de las lentes a las monturas. Este tratamiento superficial comporta que la superficie posterior o cóncava de las lentes quede sin recubrimiento. Los ópticos o laboratorios dispensadores pueden, evidentemente, aplicar una composición curable por rayos UV sobre la cara posterior de las lentes utilizando un recubridor centrífugo de laboratorio y después curar la composición utilizando radiación UV. El curado con UV de estas composiciones curables por UV conocidas para la preparación de recubrimientos resistentes a la abrasión es un procedimiento relativamente rápido, sin embargo los recubrimientos resultantes, aunque resultan muy resistentes al rayado, adolecen de una resistencia bastante insuficiente a la abrasión.
Los recubrimientos "duros" de polisiloxano, que muestran una resistencia muy elevada a la abrasión también son bien conocidos en la técnica. Estos recubrimientos se forman típicamente mediante el curado térmico de una composición precursora que incluye un hidrolizado de epoxialcoxisilanos, sílice y un catalizador de curado térmico. El curado térmico se lleva a cabo utilizando hornos de convección térmica con tiempos de curado que habitualmente exceden 1 hora.
Las composiciones para preparar estos recubrimientos "duros" de polisiloxano y el curado térmico de las mismas se dan a conocer, por ejemplo, en la patente US nº 4.211.823.
Con el fin de resolver el problema de los tiempos prolongados de curado asociados con las composiciones anteriores curables por calor basadas en epoxialcoxisilano, se han propuesto composiciones similares curables por irradiación UV, tal como en el documento WO 94/10230. Sin embargo, tal como se ha indicado anteriormente, los recubrimientos resultantes muestran resistencias a la abrasión que son inferiores a las de los recubrimientos curados térmicamente.
De esta manera, un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para curar una composición basada en epoxialcoxisilano, que resulta en un recubrimiento resistente a la abrasión que presenta propiedades de resistencia a la abrasión tan buenas como las de los recubrimientos "duros" de polisiloxano clásicos de curado térmico, pero que necesita un tiempo de curado muy corto en comparación con el curado térmico habitual.
En particular, el procedimiento de la invención permite tiempos de curado de unos cuantos minutos e incluso de un minuto o menos, resultando todavía en un recubrimiento final resistente a la abrasión tan bueno como los recubrimientos "duros" de polisiloxano clásicos de curado térmico.
Un objeto adicional de la presente invención es una composición basada en epoxialcoxisilano formulada específicamente para curarse de acuerdo con el procedimiento de la invención.
Sumario de la invención
De acuerdo con la invención, se proporciona un procedimiento para preparar un recubrimiento resistente a la abrasión sobre por lo menos una superficie de un sustrato realizado en un vidrio orgánico, que comprende:
(a)
preparar una composición polimerizable que contiene un componente A que comprende por lo menos un compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula, o un hidrolizado de los mismos y un componente B que comprende partículas finas de sílice, entre 0,1% y 3% en peso de por lo menos un iniciador de fotopolimerización catiónica y entre 0,005% y 0,25% en peso de por lo menos un catalizador de polimerización térmica;
(b)
recubrir por lo menos una superficie del sustrato con la composición resultante de la etapa (a);
(c)
someter el sustrato recubierto a una etapa de fotopolimerización para el precurado de la capa de recubrimiento; y después,
(d)
someter el sustrato con la capa de recubrimiento precurado sobre el mismo a un curado térmico a una temperatura de entre 50ºC y 500ºC y durante menos de 1 minuto para el curado completo de la capa de recubrimiento.
La invención se refiere asimismo a una composición de recubrimiento resistente a la abrasión que comprende:
-
un componente A que comprende entre 15% y 35% en peso de por lo menos un compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula, o un hidrolizado de los mismos;
-
un componente B que comprende partículas finas de sílice;
-
entre 0,1% y 3% en peso de por lo menos un iniciador de fotopolimerización catiónica; y
-
entre 0,005% y 0,25% en peso de por lo menos un catalizador de fotopolimerización térmica.
Descripción detallada de la invención
Los componentes principales de las composiciones curables para la utilización en el procedimiento de la presente invención son bien conocidos en la técnica y se dan a conocer en los documentos US nº 4.211.823 y WO nº 94/10230.
Dichas composiciones contiene como uno de los componentes principales, un constituyente A que comprende un epoxialcoxisilano o una mezcla de epoxialcoxisilanos o un hidrolizado de los mismos. Los epoxialcoxisilanos de las composiciones de la invención contienen por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi que se encuentran unidos directamente al átomo de silicio en la molécula.
Los epoxialcoxisilanos preferidos son compuestos de fórmula:
1
en la que R^{1} es un grupo alquilo o alcoxi alquilo con 1 a 4 átomos de carbono; R^{2} es un grupo alquilo o arilo con 1 a 6 átomos de carbono; R^{3} es hidrógeno o grupo metilo; m es 2 ó 3; a es un número entero entre 1 y 6; y b es 0, 1 ó 2.
Entre los epoxialcoxisilanos preferidos pueden citarse \gamma-glicidoxipropiltrimeto-xisilano, \gamma-glicidoxipropiltrietoxisilano, \gamma-glicidoxipropilmetildimetoxisilano, \gamma-glicidoxipro-pilmetildietoxisilano, \gamma-glicidoxietoxipropilmetildimetoxisilano y mezclas de los mismos. El epoxialcoxisilano más preferido es el \gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano.
La cantidad de epoxialcoxisilanos en las composiciones se encuentra comprendido generalmente entre 15% y 35% en peso.
El constituyente A también puede contener compuestos silano o hidrolizados de compuestos silano de formula:
R^{4}{}_{c}R^{5}{}_{d}SiZ_{4-(c+d)}
en la que R^{4} y R^{5} son grupos alquilo, alquenilo o arilo sustituidos o no sustituidos; Z es un grupo alcoxi, alcoxialcoxi o aciloxi; c y d son 0, 1 ó 2; y c+d es 0, 1 ó 2.
Entre dichos compuestos silano pueden citarse tetraalcoxisilanos, tales como metilsilicato, etilsilicato, n-propilsilicato; trialcoxisilanos, trialcoxialcoxisilanos y triaciloxisilanos, tales como metiltrimetoxisilano, metiltrietoxisilano, viniltrimetoxisilano, viniltrietoxisilano, viniltrimetoxietoxisilano, viniltriacetoxisilano, feniltrimetoxisilano, feniltrietoxisilano, \gamma-cloropropiltrimetoxisilano, \gamma-fluoropropiltrimetoxisilano, metacriloxipopiltrimetoxisilano y dialcoxisilanos, tales como dimetildimetoxisilano y metilfenildimetoxisilano.
Resultan preferidos los hidrolizados de tetraalcoxisilanos y trialcoxisilanos o sus mezclas.
La cantidad de dichos silanos en las composiciones habitualmente se encuentra comprendida entre 15% y 35% en peso.
\newpage
Los hidrolizados se preparan mediante la adición de agua pura o solución acuosa diluida de ácido hidroclórico, de ácido sulfúrico, de ácido acético, de ácido fosfórico o similar. Resultan preferidos el ácido hidroclórico o el ácido sulfúrico. La hidrólisis puede llevarse a cabo con o sin adición de solvente. Pueden utilizarse diversos solventes, tales como alcohol, cetonas, hidrocarburos halogenados, hidrocarburos aromáticos y mezclas de los mismos.
El componente A también puede incluir otros compuestos epoxi, tales como los poliglicidil éteres y ésteres.
El segundo constituyente B de las composiciones de recubrimiento comprende partículas finas de sílice, habitualmente sílice coloidal.
La cantidad de sílice presente en las composiciones típicamente se encuentra comprendida entre 2,5% y 50% en peso, basado en el peso total de la composición.
Típicamente, el sílice coloidal utilizado en la presente invención puede presentar un tamaño de partícula de entre 1 nm y 1.000 nm, preferentemente de entre 4 y 100 nm, y más preferentemente de entre 10 y 60 nm. El sílice puede dispersarse en, o presentar, partículas similares a cristales, en un solvente acuoso o polar, o una combinación de ambos. En general, las partículas de sílice se dispersan en agua, alcohol o mezclas agua-alcohol preferentemente acidificados. Los alcoholes preferidos son metanol, etanol, isopropanol, butanol, polietilenglicol o combinaciones de los mismos.
El pH de la composición líquida de recubrimiento generalmente se mantiene entre 3 y 5 para evitar la gelación. Si resulta necesario, el pH puede ajustarse mediante la utilización de HCl o NaOH.
Los fotoiniciadores adecuados para la utilización en las composiciones de recubrimiento son aquéllas que inducen un curado catiónico cuando las composiciones se irradian con radiación ultravioleta. Entre los ejemplos de fotoiniciadores catiónicos se encuentran las sales de onio aromáticas y los complejos de sal de areno de hierro. Los fotoiniciadores adecuados se dan a conocer en las patentes US nº 3.981.897, nº 4.058.401, nº 4.101.513, nº 4.138.255, nº 4.161.471 y en la patente WO 94/10230, las enseñanzas de las cuales se incorporan en la presente memoria como referencia.
Entre los ejemplos de sales de onio aromáticas fotosensibles se incluyen trifenilselenonio, hexafluoroantimonato, hexafluoroantimonato de trifenilsulfonio, trifenilsulfonio, hexafluorofosfato y hexafluoroantimonato de bis(4-dodecilfenil)yodonio. También pueden utilizarse otros fotoiniciadores catiónicos. Los fotoiniciadores preferentes son aquellos producidos por CIBA-GEIGY bajo las denominaciones comerciales IRGACURE 261 y UVI 6974.
La cantidad de los fotoiniciadores presentes en las composiciones habitualmente se encuentran comprendida entre 0,1% y 3% en peso.
Las composiciones también incluyen una cantidad efectiva de por lo menos un catalizador de curado térmico. Estos catalizadores de curado térmico preferentemente son complejos de titanio. Un catalizador preferente es el compuesto de fórmula:
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2
Este catalizador se comercializa bajo la denominación comercial TYZOR® DC.
La cantidad de catalizador de curado térmico utilizada en las composiciones se encuentra comprendida entre 0,005% y 0,25% en peso basado en el peso total de la composición.
Puede resultar deseable añadir a la composición de recubrimiento un agente activo en superficie. El agente activo en superficie puede ser no iónico o iónico. Entre los surfactantes no iónicos adecuados se incluyen compuestos procedentes de productos fluoroquímicos, tales como FC-430, fabricado por la compañía 3M, alquilalcoxilatos fluorados, alquil sulfoamidas fluoradas, alquil ésteres fluorados, la serie monoglicerilo; éster de ácido graso sorbitán, los polioxietilén ésteres de ácidos grasos superiores, los polioxietilén éteres de sorbitán ésteres, las alcanolamidas de ácidos grasos, los polioxietilenos y los polioxipropilenos. La concentración del surfactante debe ser superior al 0,01% en peso y preferentemente de entre 0,01% y 5% en peso, basado en el peso total de la composición.
Pueden incluirse otros aditivos, tales como los agentes nivelantes y los modificadores de viscosidad, en las composiciones de recubrimiento mediante la simple mezcla. Son ejemplos de agentes nivelantes útiles los surfactantes de silicona, tales como los copolímeros de óxido de alquileno inferior y polidimetilsiloxano inferior.
Cuando se prepara una composición de recubrimiento para el procedimiento de la invención, el contenido total de sólidos de la composición preferentemente debe encontrarse comprendido entre 10% y 50% en peso, comprendiendo uno o una mezcla de solventes el resto de la formulación. Entre los solventes útiles en la práctica de la presente invención se incluyen los alcoholes de bajo peso molecular o las mezclas de alcohol-agua, tales como metanol, butanol, isopropanol y mezclas de los mismos; cetonas, ésteres, glicol éteres, celosolve, haluros orgánicos, ácidos carboxílicos, compuestos aromáticos y mezclas de los mismos.
El epoxialcoxisilano se hidroliza con relativa facilidad en agua o en una solución acuosa, incluyendo ácido hidroclórico, ácido sulfúrico, ácido acético, ácido fosfórico y similares. La hidrólisis puede tener lugar en presencia o en ausencia de un solvente, y preferentemente puede tener lugar utilizando el agua ácida en exceso en el sílice coloidal.
Cuando el catalizador térmico es un compuesto de titanio y especialmente un complejo de titanio, las composiciones de recubrimiento muestran mejores rendimientos si no se añade agua a la formulación. En este caso únicamente hay trazas de agua de los silanos, del sílice coloidal y del solvente o solventes orgánicos.
Por el contrario, cuando el catalizador térmico es un compuesto de aluminio y especialmente un quelato de aluminio, se recomienda utilizar un hidrolizado de epoxisilano. En este caso particular, la hidrólisis puede llevarse a cabo in situ durante el curado del recubrimiento, aunque resulta preferente utilizar epoxisilanos previamente hidrolizados. La duración de la etapa de hidrólisis anterior es larga: varias horas, preferentemente 7 a 12 horas.
Entre los sustratos de vidrio orgánico transparente preferentemente utilizados en la presente invención se incluyen resinas (meta)acrílicas, copolímeros de dietilenglicol bisalil carbonato, homopolímeros y copolímeros de bisfenol-A (halogenado) di(meta)acrilato, y copolímeros y homopolímeros de bisfenol-A (halogenado) modificado con uretano-di(meta)acrilato, y poliuretanos. Los sustratos de vidrio orgánico preferentes son los copolímeros de dietilenglicol-carbonato de bisalilo, tales como CR-39®, comercializados por PPG INDUSTRIES.
La composición de recubrimiento puede aplicarse sobre la superficie del sustrato utilizando cualquier procedimiento habitual, tal como por inmersión, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por rodillos, recubrimiento por flujo en cortina, recubrimiento líquido y recubrimiento por pulverización. Preferentemente, la aplicación de la composición de recubrimiento se lleva a cabo mediante recubrimientos por centrifugación, lo que permite tiempos de recubrimiento muy cortos, inferior a 30 segundos (típicamente de aproximadamente 20 segundos).
El grosor de la composición tal como se aplica sobre el sustrato puede seleccionarse dentro de un amplio intervalo para cumplir el propósito u objetivo predeterminado. Típicamente, los intervalos de grosor del recubrimiento se encuentran comprendidos entre 0,5 y 10 micrómetros, preferentemente entre 2 y 5 micrómetros.
La etapa de fotopolimerización del procedimiento de la presente invención comprende irradiar el sustrato recubierto con irradiación UV. Estas etapas de irradiación con radiación UV son bien conocidas en la técnica. La duración de la irradiación evidentemente dependerá de la potencia de irradiación, de la formulación de la composición, del grosor del recubrimiento y del grado deseado de precurado. Sin embargo, el presente procedimiento permite utilizar etapas de irradiación con UV muy cortas, de menos de 1 minutos e incluso de menos de 40 segundos, típicamente de aproximadamente 35 segundos.
La temperatura de la etapa de curado térmico de la presente invención generalmente se encuentra comprendida entre 50ºC y 500ºC, preferentemente entre 200ºC y 500ºC, más preferentemente entre 300ºC y 400ºC.
La duración de este curado térmico evidentemente depende de la temperatura de curado, de la formulación de la composición de recubrimiento y del grosor del recubrimiento. Sin embargo, el presente procedimiento permite la utilización de tiempos de curado térmico muy cortos, de menos de 1 minuto, típicamente de aproximadamente 40 segundos.
El calentamiento puede llevarse a cabo utilizando cualquier medio conocido utilizado comúnmente en la técnica del curado térmico, tal como un horno o radiación infrarroja. El calentamiento utilizando la radiación IR infrarroja resulta preferente debido a que este tipo de calentamiento permite obtener una temperatura levada en periodos de tiempo muy cortos.
El sustrato recubierto generalmente se mantiene a una distancia de entre 2 y 20 centímetros, preferentemente entre 5 y 10 centímetros, respecto a la fuente de IR de muy alta temperatura, durante la etapa de calentamiento.
El presente procedimiento puede proporcionar de esta manera un procedimiento global de recubrimiento de una duración inferior a 2 minutos.
Sin pretensión de restringirse a ninguna teoría en particular, se cree que la irradiación UV de la composición en presencia de los fotoiniciadores catiónicos abre el anillo epoxi, proporcionando un mecanismo para que el recubrimiento cure y se una a la superficie del sustrato. Durante la última etapa de curado térmico, el catalizador de condensación permite el entrecruzamiento de la parte silanol del silano con el sílice coloidal presente en la composición de recubrimiento.
Tras enfriar hasta la temperatura ambiente, el recubrimiento resistente a la abrasión resultante muestra rendimientos iguales o superiores a los recubrimientos "duros" de polisiloxano obtenidos mediante los procedimientos de la técnica anterior.
Debido a que resulta necesaria la presencia de una cantidad significativa de grupos epoxi para la etapa de fotopolimerización para rendimientos óptimos del procedimiento, el recubrimiento preferentemente se cura dentro de tres a cuatro horas tras su formulación. Tras cuatro horas, pocos o ningún grupo epoxi queda sin reaccionar.
Debido a la muy corta duración del procedimiento global de recubrimiento de la invención, este procedimiento permitirá a laboratorios y/o a ópticos la dispensación de lentes semiacabadas de superficie tratada con un recubrimiento "posterior" resistente a la abrasión similar al recubrimiento resistente a la abrasión aplicado en fábrica que se encuentra en la cara frontal o convexa de las lentes.
Los ejemplos siguientes ilustran la presente invención.
A menos que se indique lo contrario, todos los porcentajes y partes son en peso.
Ejemplos 1 y 2 y Ejemplos comparativos A y B
Se preparó una composición de recubrimiento que comprende los componentes indicados en la Tabla 1 posteriormente de acuerdo con el procedimiento siguiente:
1.
Se añadió una solución al uno por ciento de TYZOR® DC en alcohol diacetona a n-propanol y se agitó durante 5 minutos.
2.
Seguidamente se añadió el fotoiniciador UVI 6974 y se agitó durante aproximadamente un minuto.
3.
El MA-ST (sílice coloidal dispersado en metanol) seguidamente se añadió lentamente a la mezcla agitada a lo largo de aproximadamente 5 minutos.
4.
A continuación, se añadió el HCl 0,1 N a la mezcla agitada durante 5 minutos.
5.
A continuación, se añadió una solución premezclada de FC-430 en metanol en una proporción de uno a uno (1:1) y se continuó con la agitación durante 30 minutos.
La solución "madre" anteriormente indicada era estable durante más de un mes.
Previamente al recubrimiento, el glicidoxipropiltrimetoxisilano (GLYMO) se mezcló con la solución madre para obtener la composición de recubrimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
Componente % En peso
Glicidoxipropiltrimetoxisilano (GLYMO) 27,13
HCl 0,1 N 4,12
n-propanol 21,7
sílice coloidal (contenido de sólidos del 30%) en metanol 46,12
fotoiniciador UVI-6974 0,81
Tyzor® DC (puro) 0,01
Flourad® FC-430 (surfactante) 0,11 
\newpage
UVI-6974
Mezcla de:
3 
\vskip1.000000\baselineskip
4
La composición indicada anteriormente se aplicó sobre ambas caras, la cóncava y la convexa, de lentes oftálmicas planas de 2 mm de grosor realizadas en polímero CR39®.
En el Ejemplo 1, la lente sólo se recubrió con recubrimiento resistente a la abrasión, mientras que en el Ejemplo 2, el recubrimiento resistente a la abrasión se recubrió adicionalmente con un recubrimiento antirreflectante tal como se describe después.
La composición de recubrimiento resistente a la abrasión se depositó mediante recubrimiento por centrifugación en 20 segundos utilizando las condiciones siguientes:
Velocidad de centrifugación en la aplicación de 600 rpm durante 8 segundos, con una velocidad final de 1.700 rpm.
Tasa de flujo: 2 ml aplicados desde el borde exterior de la lenta hasta el centro a una tasa de 0,5 ml/segundo.
Las lentes recubiertas seguidamente se sometieron a un procedimiento de curado de acuerdo con la invención bajo las condiciones siguientes:
1)
\underbar{Curado con UV}
-
Potencia {}\hskip0.3cm UVA: 1,56 J/cm^{2} (0,848 w/cm^{2})
\quad
UVB: 1,473 J/cm^{2} (0,771 w/cm^{2})
\quad
UVC: 0,199 J/cm^{2} (0,101 w/cm^{2})
\quad
UVV: 1,136 J/cm^{2} (0,101 w/cm^{2})
-
Las lámparas utilizaron bombillas Fusión H
-
Distancia de las muestras de la fuente de UV: 12 centímetros
-
Duración: aproximadamente 35 segundos
2)
\underbar{Curado térmico}
-
lámparas de IR Lesco EZ-IR Cure System Model FBM 1004
-
distancia respecto a las lámparas: 5 centímetros
-
temperatura de la fuente de IR: 427ºC
-
duración: aproximadamente 40 segundos
El recubrimiento antirreflectante se aplicó seguidamente sobre ambas caras de las lentas (sobre el recubrimiento resistente a la abrasión) mediante deposición, bajo vacío, de las capas sucesivas siguientes:
Material Grosor óptico (nm)
Primera capa ZrO_{2} 55
Segunda capa SiO_{2} 30
Tercera capa ZrO_{2} 160
Cuarta capa (capa superior) SiO_{2} 120
Los grosores ópticos se proporcionan para \lambda = 550 nm.
El grosor de los recubrimientos resistentes a la abrasión era de 2 \mum \pm 0,1 \mum.
Se analizó la resistencia a la abrasión ISTM Bayer, la resistencia al estropajo de acero, la opacidad, la adhesión seca, y la adhesión tras 30 minutos en agua en ebullición de las lentes recubiertas, y los resultados se muestran en la Tabla II.
Con fines comparativos, se llevaron a cabo las mismas mediciones en una lente CR39® con un tratamiento de recubrimiento duro DURALENS (Ejemplo A) y comercializada por ESSILOR en América. La lente del Ejemplo A no presentaba ninguna capa antirreflectante.
En el Ejemplo B, se evaluó una lente CR39® con un tratamiento de capa dura antirreflectante CRYZAL®.
Los resultados para los Ejemplos A y B se muestran en la Tabla II.
TABLA II
Ej. 1 Ej. 2 Ej. A Ej. B
ISTM Bayer 4,3 2,52 3 1,9
Estropajo de acero 0,1 0,1 0,5 0,5
Opacidad ASTM 0,1 0,1 0,5 0,2
Adhesión seca pasa pasa pasa pasa
Adhesión tras 30' de ebullición en agua pasa pasa pasa pasa
La resistencia a la abrasión Bayer se determina mediante la medición del porcentaje de opacidad de una lente recubierta y no recubierta, antes y después del ensayo en un abrasionador oscilatorio de arena, según ASTM F 735-81. El abrasionador se hace oscilar durante 300 ciclos con aproximadamente 500 g de óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) ZF 152412 suministrado por Specialty Ceramic Grains (anteriormente Norton Materials), New Bond Street, PO Box 15137, Worcester, MA 01615-00137. La opacidad se midió utilizando un medidor de opacidad Pacific Scientific modelo XL-211. La proporción de opacidades de la lente no recubierta (final-inicial) es una medida del rendimiento del recubrimiento, indicando una proporción más alta una resistencia a la abrasión más elevada.
La resistencia al rayado por estropajo de acero se determinó de la manera siguiente:
la lente se montó con la superficie recubierta hacia arriba con cinta de doble cara en el extremo de una barra pivotante de una pulgada (2,54 cm) de diámetro. A continuación, se apretó estropajo de acero (grado 000) contra la superficie recubierta con un peso de cinco libras (2,267 kg) como presión inversa. Después, la lente se hizo oscilar durante 200 ciclos contra el estropajo de acero (recorrido de una pulgada (2,54 cm)) y se midió la opacidad. La diferencia de opacidades (final-inicial) según se midió en un medidor de opacidad Pacific Scientific modelo XL-211, se informa como valor de resistencia al rayado por estropajo de acero.
Se midió la adhesión del recubrimiento mediante la realización a través del recubrimiento de una serie de 10 cortes lineales, espaciados por 1 mm, con una cuchilla, seguido de una segunda serie de 10 líneas, espaciadas por 1 mm, en ángulo recto respecto a la primera serie, formando un patrón de cuadriculado. Tras el soplado del patrón de cuadriculado con un flujo de aire para eliminar el polvo formado durante el rayado, seguidamente se aplicó cinta de celofán transparente sobre el patrón de cuadriculado, se apretó firmemente, y después se retiró rápidamente del recubrimiento en una dirección perpendicular a la superficie del recubrimiento. La aplicación y retirada de cinta nueva se repitió después dos veces más. A continuación, la lente se sometió a tintado para determinar el porcentaje de adhesión, indicando las áreas tintadas los fallos de la adhesión.
El recubrimiento pasa los ensayos de adhesión cuando el porcentaje de adhesión es superior al 95%.
Ejemplos 3 a 6
Las composiciones de recubrimientos se describen en la Tabla III.
TABLA III
Componente Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5 Ej. 6
n-propanol 14,22 14,22 13,73 15,77
Tyzor® DC - 0,142 0,137 -
Tyzor® GBA 0,142 - - -
Alcohol diacetona 14,08 14,08 13,56 -
UVI 6974 0,237 - - 0,158
UVACURE® 1590 - 0,237 0,229 -
MA-ST 47,42 47,42 45,77 52,57
HCl 0,10 N - - 3,48 4,00
FC 430 0,0948 0,0948 0,0915 0,105
Metanol 0,0948 0,0948 0,0915 0,105
GLYMO 23,71 23,71 22,88 26,29
Al(Acac)_{3} (acetilacetonato de aluminio) - - - 1,01
Las composiciones de recubrimiento se preparan de acuerdo con el procedimiento de los Ejemplos 1 y 2 excepto que el HCl 0,10 N no se añade en los Ejemplos 3 y 4.
Se aplicaron sobre lentes planas de 2 mm de grosor de polímero CR39® y se curaron siguiendo el mismo procedimiento que en los Ejemplos 1 y 2.
Los grosores de recubrimiento eran de 2 \mum \pm 0,1 \mum para los Ejemplos 3, 4 y 5, y de 3,17 \mum para el Ejemplo 6.
Los resultados de la evaluación de las lentes recubiertas se muestran en la Tabla IV.
TABLA IV
Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5 Ej. 6
ISTM Bayer 6,13 3,85 3,46 6,91
Estropajo de acero 0,09 0,18 0,12 0,23
Adhesión seca Pasa Pasa Pasa Pasa
Adhesión tras 30' de ebullición en agua Pasa Pasa Pasa Pasa
Opacidad ASTM 0,15 0,11 0,13 0,14
Tyzor® GBA
5
UVACURE® 1590
Mezcla de:
6 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
7

Claims (16)

1. Procedimiento para preparar un recubrimiento resistente a la abrasión sobre por lo menos una superficie de un sustrato realizado en un vidrio orgánico que comprende:
(a)
preparar una composición polimerizable que contiene un componente A que comprende por lo menos un compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula o un hidrolizado de los mismos, y un componente B que comprende partículas finas de sílice, entre 0,1% y 3% en peso de por lo menos un iniciador de fotopolimerización catiónica y entre 0,005% y 0,25% en peso de por lo menos un catalizador de polimerización térmica;
(b)
recubrir por lo menos una superficie del sustrato con la composición resultante de la etapa (a);
(c)
someter el sustrato recubierto a una etapa de fotopolimerización para el precurado de la capa de recubrimiento, y seguidamente:
(d)
someter el sustrato con la capa de recubrimiento precurada sobre el mismo a un curado térmico a una temperatura de entre 50ºC y 500ºC y durante menos de 1 minuto para el curado completo de la capa de recubrimiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de fotopolimerización (c) comprende irradiar el sustrato recubierto con radiación UV durante menos de 1 minuto.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el curado térmico (d) se lleva a cabo a una temperatura de entre 200ºC y 500ºC, preferentemente de entre 300ºC y 400ºC.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el curado térmico se lleva a cabo por medio de radiación infrarroja.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el fotoiniciador catiónico se selecciona de entre el grupo que consiste en sales aromáticas de onio y complejos de sal areno de hierro.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el catalizador de polimerización térmica se selecciona de entre complejos de titanio.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el catalizador de polimerización térmica es un compuesto de fórmula:
8
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto silano contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula presenta la fórmula:
9
en la que R^{1} es un grupo alquilo o alcoxi alquilo con 1 a 4 átomos de carbono, R^{2} es un grupo alquilo o arilo con 1 a 6 átomos de carbono, R^{3} es hidrógeno o un grupo metilo, m es 2 ó 3, a es un número entero entre 1 y 6, y b es 0, 1 ó 2.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula se selecciona de entre el grupo que consiste en \gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano, \gamma-glicidoxipropiltrietoxisilano, \gamma-glicidoxipro-pilmetildimetoxisilano, \gamma-glicidoxipropilmetildietoxisilano, \gamma-glicidoxietoxipropilmetildimeto-xisilano.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el recubrimiento de la superficie del sustrato con la composición se lleva a cabo mediante recubrimiento por centrifugación.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sustrato se selecciona de entre resinas (meta)acrílicas, copolímeros de dietilenglicol-carbonato de bisalilo, homopolímeros y copolímeros de bisfenol-A (halogenado)-di(meta)acrilato, y homopolímeros y copolímeros de bisfenol-A (halogenado)-di(meta)arilato modificado con uretano, y poliuretanos.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sustrato es una lente óptica u oftálmica.
13. Composición de recubrimiento resistente a la abrasión que comprende:
-
un componente A que comprende entre 15% y 35% en peso de por lo menos un compuesto silano que contiene por lo menos un grupo epoxi y por lo menos dos grupos alcoxi directamente unidos al átomo de Si de la molécula o un hidrolizado de los mismos;
-
un componente B que comprende partículas finas de sílice;
-
entre 0,1% y 3% en peso de por lo menos un iniciador de fotopolimerización catiónica; y
-
entre 0,005% y 0,25% en peso de por lo menos un catalizador de polimerización térmica.
14. Composición según la reivindicación 13, en la que el fotoiniciador catiónico se selecciona de entre el grupo que consiste en sal aromática de onio y complejos de sal areno de hierro.
15. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 14, en la que el catalizador de polimerización térmica se selecciona de entre los complejos de titanio.
16. Composición según la reivindicación 15, en la que el catalizador de polimerización térmica presenta la fórmula:
10
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