ES2307562T3 - Composicion endurecible fotocromica y articulos endurecidos de la misma. - Google Patents

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Abstract

Una composición fotocrómica endurecible que comprende (i) un monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo, en el que uno o dos grupos entre un grupo acriloiloxi, un grupo metacriloiloxi, un grupo acriloiloxialquiloxi y un grupo metacriloiloxialquiloxi, están directamente unidos al esqueleto de bifenilo; (ii) un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo; y (iii) un compuesto fotocrómico orgánico.

Description

Composición endurecible fotocrómica y artículos endurecidos de la misma.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un producto fotocrómico endurecido que tiene altas propiedades fotocrómicas y excelentes propiedades mecánicas y a una composición endurecible para proporcionar el producto endurecido.
Antecedentes de la técnica
Un compuesto fotocrómico orgánico que puede sufrir isomerización por la absorción de la luz de manera que cambie sus propiedades ópticas tal como una banda de absorción, en efecto ha sido usado como un elemento funcional de una lente fotocrómica orgánica. Las lentes fotocrómicas son lentes que se pueden usar como gafas de sol en condiciones como las del exterior donde la radiación ultravioleta es fuerte, debido a la absorción de la radiación ultravioleta de manera que adquieren o desarrollan un color que tiene absorción en un intervalo visible y por ello reducen la transmitancia de la luz, y se vuelven incoloras o cambian a un color más claro en condiciones como las del interior donde la radiación ultravioleta es débil. Por tanto, es una importante función para la lente fotocrómica mejorar las propiedades fotocrómicas tales como la velocidad de desarrollo de color y la densidad del color desarrollado cuando la lente pasa del interior al exterior y la pérdida de coloración cuando la lente vuelve al interior desde el exterior. En general, es sabido que cuando un compuesto fotocrómico orgánico que presenta excelentes propiedades fotocrómicas tales como la densidad del color desarrollado, la velocidad de desarrollo del color y la velocidad de atenuación del color en el espacio libre, por ejemplo, en una solución, se dispersa en una matriz polimérica tal como materiales plásticos, el compuesto no puede presentar completamente las propiedades fotocrómicas intrínsecas, y en particular la densidad del color desarrollado y la velocidad de atenuación del color se deterioran. Por tanto, es muy importante hacer posible que el compuesto fotocrómico orgánico ponga de manifiesto sus propiedades intrínsecas en la matriz polimérica, con el fin de que el compuesto fotocrómico orgánico funcione como una lente
fotocrómica.
Como un método para mejorar la velocidad de desarrollo del color, la velocidad de atenuación del color y la densidad del color desarrollado del compuesto fotocrómico orgánico en la matriz polimérica, es posible un método que comprende mejorar las propiedades fisicoquímicas del entorno molecular en el que existe el compuesto fotocrómico orgánico esto es, un sustrato plástico y con ello aprovechar las funciones intrínsecas de los pigmentos fotocrómicos de un modo efectivo. En este método, es necesario aumentar el grado de libertad espacial del entorno molecular en el que existe el compuesto fotocrómico, de manera que se facilite la isomerización o un cambio en la configuración de una molécula mediante la absorción de la luz que es un principio de desarrollo de color del compuesto fotocrómico, y para proporcionar el entorno molecular con suficiente movilidad molecular térmica o aumentar el espacio libre en dicho entorno dentro del intervalo de temperatura usado, se considera efectivo reducir la densidad de reticulación o copolimerizar con un monómero que tiene una temperatura de transición vítrea baja o un monómero de alto peso molecular de manera que se ablande una resina termoendurecible que sirve como la matriz polimérica. Sin embargo, cuando el artículo moldeado plástico (matriz polimérica) se ablanda innecesariamente, se degrada la dureza del propio sustrato, y se reducen también la resistencia a la abrasión y la resistencia al impacto del mismo. Por tanto, las propiedades mecánicas se degradan, de manera que el artículo moldeado plástico no se puede usar como un artículo moldeado plástico para lentes de vidrio.
En la memoria descriptiva de la patente de Estados Unidos No. 5.739.243, se describe un método para producir una lente fotocrómica mediante una combinación de un dimetacrilato de alquilenglicol de cadena larga que tiene un alto peso molecular y un monómero multifuncional. En este método, a pesar de las mejoras en la velocidad de desarrollo del color y en la velocidad de atenuación del color, surgieron nuevos problemas porque las propiedades mecánicas de un artículo moldeado plástico que es un sustrato se degradan y porque también tiene lugar la distorsión óptica. Además, se ha confirmado que las propiedades mecánicas se degradan particularmente en un intervalo de alta temperatura y que el artículo moldeado tiene un problema con respecto a la resistencia al calor. Además, cuando se usa un monómero que tiene un grupo alquilenglicol de cadena larga, el índice de refracción del artículo moldeado plástico se deteriora lo que es muy desventajoso como sustrato plástico para lentes de vidrio.
Los presentes inventores han realizado estudios intensivos y han completado la presente invención basándose en la creencia fundamental de que es efectivo, para la mejora de propiedades fotocrómicas tales como la densidad del color desarrollado, la velocidad de desarrollo del color y la velocidad de atenuación del color, incorporar un grupo funcional que aumenta la micromovilidad y que aumenta la posibilidad de aparición de un aligeramiento de la moción molecular térmica en el artículo moldeado plástico que forma el entorno molecular que rodea al compuesto fotocrómico para aumentar así la posibilidad de aparición de cambios fotoquímicos y térmicos en la configuración que son un principio del desarrollo de color y de la atenuación de color del compuesto fotocrómico y para disociar las moléculas asociadas en un compuesto fotocrómico que pueden estar presentes sin moléculas dispersadas causadas por cualquier asociación en una lente fotocrómica orgánica convencional y dispersar las moléculas de manera que hace que cada una de las moléculas funcione de modo efectivo.
Descripción de la invención
Por tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar una composición endurecible capaz de proporcionar un producto endurecido plástico fotocrómico que tiene excelentes propiedades fotocrómicas tales como una alta densidad del color desarrollado, una alta velocidad de desarrollo del color y una alta velocidad de atenuación del color sin reducir la dureza ni el índice de refracción del artículo moldeado plástico.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una composición fotocrómica endurecible capaz de proporcionar un producto endurecido que presenta excelentes propiedades fotocrómicas tales como una alta densidad del color desarrollado, una alta velocidad de desarrollo del color y una alta velocidad de atenuación del color y puede tener propiedades físicas tales como dureza y un índice de refracción que son satisfactorias para un material plástico óptico.
Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un producto endurecido de la anterior composición fotocrómica endurecible de la presente invención.
Otros objetivos y ventajas de la presente invención quedarán claros a partir de la siguiente descripción.
Según la presente invención, en primer lugar, los objetivos y ventajas mencionados de la presente invención se alcanzan mediante una composición fotocrómica endurecible que comprende un monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo, en el que uno o dos grupos entre un grupo acriloiloxi, un grupo metacriloiloxi, un grupo acriloiloxialquiloxi y un grupo metacriloiloxialquiloxi, están directamente unidos al esqueleto de bifenilo, un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo, y un compuesto fotocrómico orgánico.
Según la presente invención, en segundo lugar, los objetivos y ventajas mencionados de la presente invención se alcanzan mediante un producto fotocrómico endurecido obtenido por endurecimiento de la composición de la presente invención.
Aunque la presente invención no está limitada por ninguna teoría, la razón por la que se obtienen las excelentes propiedades fotocrómicas tipificadas por una mejora en la velocidad de atenuación del color del compuesto fotocrómico orgánico en el producto endurecido de la presente invención, se asume que es debido a que las moléculas son responsables de causar un cambio en la configuración en un microintervalo teóricamente molecular y a que las moléculas del compuesto fotocrómico están dispersadas sin asociación.
El mejor modo de realizar la invención
Un monómero polimerizable (denominado también "monómero de bifenilo") que tiene un esqueleto de bifenilo que se utiliza en la presente invención, es un compuesto que tiene al menos un grupo que tiene un esqueleto de bifenilo tal como un grupo bifenililo, un grupo bifenilileno o un grupo bifenildiilo y uno o dos grupos seleccionados entre un grupo acriloiloxi, un grupo metacriloiloxi, un grupo acriloiloxialquiloxi y un grupo metacriloiloxialquiloxi que están directamente unidos al esqueleto de bifenilo.
En particular, los ejemplos ilustrativos de monómeros de bifenilo que se pueden utilizar de forma adecuada incluyen los representados por las siguientes fórmulas (1), (2) y (3):
1
(en la que R^{1}, R^{2} y R^{3} son cada uno independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y n es un número entero de 0 a 3),
2
(en la que R^{1}, R^{2}, R^{3}, R^{4}, R^{5} y R^{6} son cada uno independientemente un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y n y m son cada uno independientemente un número entero de 0 a 3),
3
(en la que R^{7} representa un grupo etileno o un grupo propileno, R^{8} representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, m+n es un número entero de 0 a 8, e Y representa uno cualquiera de los siguientes grupos divalentes).
4
Estos monómeros de bifenilo se pueden usar solos o en mezcla de dos o más.
Los monómeros de bifenilo representados por las fórmulas anteriores (1), (2) y (3) se pueden sintetizar por el siguiente método, por ejemplo.
Un monómero en el que un grupo acriloiloxi o un grupo metacriloiloxi está unido directamente a un grupo bifenilo se puede sintetizar haciendo reaccionar un bifenol que tiene un grupo hidroxilo introducido en un sitio en el que se va a introducir un grupo polimerizable, con anhídrido (met)acrílico o cloruro (met)acrílico en condiciones alcalinas y anhidras. Además, un monómero en el que un grupo acriloiloxialquiloxi o un grupo metacriloiloxialquiloxi está unido directamente a un grupo bifenilo se puede sintetizar haciendo reaccionar el correspondiente bifenol con alfa-halógeno-omega-alquenol en condiciones alcalinas de manera que se pueda sintetizar de esta forma hidroxialquiloxibifenilo que es un intermedio e introducir después un grupo polimerizable por el método anterior.
El contenido del monómero de bifenilo en una composición fotocrómica endurecible de la presente invención no está particularmente limitado. El monómero de bifenilo se usa en una cantidad preferiblemente de 2 a 80 partes en peso, más preferiblemente de 2 a 50 partes en peso, basado en 100 partes en peso del total del monómero de bifenilo y de un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo que se describe más adelante. Además, la cantidad del monómero de bifenilo es adecuadamente 2 a 30% en peso, particularmente de modo adecuado 5 a 20% en peso, basado en el peso total de todos los monómeros (incluyendo, si estuviera presente, un monómero que se describe más adelante, que es un componente arbitrario) contenida en la composición fotocrómica endurecible desde el punto de vista de las propiedades mecánicas del polímero.
La composición fotocrómica endurecible de la presente invención tiene que contener un monómero polimerizable multifuncional (de aquí en adelante denominado también "monómero multifuncional ") que no tiene esqueleto de bifenilo, en adición al anterior monómero de bifenilo. Cuando se usa solamente el monómero de bifenilo o solamente una combinación del monómero de bifenilo y un monómero monofuncional que no tiene esqueleto de bifenilo, la polimerización es difícil o es difícil obtener un producto endurecido con suficiente dureza aunque la polimerización sea posible. El monómero multifuncional se refiere a un monómero que tiene una pluralidad de grupos polimerizables en una molécula.
El monómero multifuncional que se utiliza en la presente invención no está particularmente limitado. Sin embargo, desde el punto de vista de la dureza de un producto endurecido a ser obtenido, el monómero multifuncional es adecuadamente una mezcla de un monómero polimerizable bifuncional (de aquí en adelante denominado también "monómero bifuncional") que no tiene esqueleto de bifenilo y un monómero polimerizable (monómero que tiene al menos tres grupos funcionales) que no tiene esqueleto de bifenilo y que tiene al menos tres grupos funcionales.
Los ejemplos adecuados del monómero bifuncional incluyen derivados de dimetacrilato, derivados de diacrilato, derivados de divinilo, derivados de dialilo, y derivados de diestirilo. Más preferiblemente, se usan los derivados de dimetacrilato. Ejemplos específicos de monómeros bifuncionales que se pueden usar adecuadamente desde el punto de vista de las propiedades ópticas y físicas incluyen diacrilatos y dimetacrilatos tales como diacrilato de etilenglicol, dimetacrilato de dietilenglicol, dimetacrilato de trietilenglicol, dimetacrilato de tetraetilenglicol, metacrilato de etilenglicol y bisglicidilo, dimetacrilato de bisfenol A, 2,2-bis(4-metacriloiloxietoxifenil)propano, y 2,2-bis(3,5-dibromo-4-metacriloiloxietoxifenil)propano; compuestos de dialilo tales como ftalato de dialilo, tereftalato de dialilo, isoftalato de dialilo, tartrato de dialilo, epoxisuccinato de dialilo, fumarato de dialilo, clorendato de dialilo, hexaftalato de dialilo, carbonato de dialilo, carbonato de alildiglicol, y trialilcarbonato de trimetilolpropano; ditioacrilatos y ditiometacrilatos tales como 1,2-bis(metacriloiltio)etano, bis(2-acriloiltioetil)éter, y 1,4-bis(metacriloiltiometil)benceno; y compuestos de divinilo tales como divinilbenceno. Estos monómeros bifuncionales se pueden usar solos o en combinación de dos o más.
En cuanto al monómero polimerizable (monómero que tiene al menos tres grupos funcionales) que no tiene esqueleto de bifenilo y que tiene al menos tres grupos funcionales, se usa adecuadamente un monómero que tiene 3 a 6 grupos funcionales ya que es fácil de usar desde un punto de vista industrial. Ejemplos específicos de tales monómeros que se pueden usar adecuadamente incluyen derivados de trimetacrilato, derivados de triacrilato, derivados de trivinilo, derivados de tetrametacrilato, derivados de tetracrilato, derivados de tetravinilo, derivados de pentametacrilato, derivados de pentacrilato, derivados de pentavinilo, derivados de hexametacrilato, derivados de hexacrilato, y derivados de hexavinilo. Como compuestos específicos que pertenecen a estos monómeros, son particularmente preferidos los que tienen un grupo metacriloiloxi o un grupo acriloiloxi como un grupo polimerizable tal como trimetacrilato de trimetilolpropano, triacrilato de trimetilolpropano, trimetacrilato de tetrametilolmetano, triacrilato de tetrametilolmetano, trimetacrilato de trimetilolpropano y trietilenglicol, triacrilato de trimetilolpropano y trietilenglicol, trimetacrilato de pentaeritritol, triacrilato de pentaeritritol, tetrametacrilato de pentaeritritol etoxilado y tetracrilato de pentaeritritol etoxilado. Estos monómeros multifuncionales se pueden usar solos o en mezcla de dos o más.
El contenido del monómero multifuncional en la composición fotocrómica endurecible de la presente invención no está particularmente limitado. El monómero multifuncional se usa en una cantidad preferiblemente de 20 a 98 partes en peso, más preferiblemente de 50 a 98 partes en peso, basado en 100 partes en peso del total del monómero multifuncional y del monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo. Además, la cantidad del monómero multifuncional es adecuadamente 70 a 95% en peso, particularmente de modo adecuado 80 a 90% en peso, basado en el peso total de todos los monómeros (incluyendo, si estuviera presente, un monómero que se describe más adelante que es un componente arbitrario) contenida en la composición fotocrómica endurecible desde el punto de vista de la dureza de un producto endurecido. Además, cuando se usan como el monómero multifuncional, un monómero bifuncional y un monómero que tiene al menos tres grupos funcionales en combinación, el monómero que tiene al menos tres grupos funcionales se usa adecuadamente en una cantidad de 5 a 55 partes en peso, particularmente de modo adecuado de 10 a 30 partes en peso, basado en 100 partes en peso del monómero bifuncional, desde el punto de vista de un buen equilibrio entre la dureza y la rigidez (se puede decir que el equilibrio es bueno cuando la dureza Rockwell es 80 a 110).
Se puede añadir a la composición fotocrómica endurecible de la presente invención, un monómero polimerizable monofuncional (de aquí en adelante denominado también "monómero monofuncional") que no tiene esqueleto de bifenilo en una cantidad tal que no perjudique el efecto de la presente invención para el propósito de ajustar las propiedades físicas de un producto endurecido que se requieren según las aplicaciones. El monómero polimerizable monofuncional que no tiene esqueleto de bifenilo se usa en una cantidad preferiblemente no superior a 30 partes en peso basado en 100 partes en peso del total del monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo y de un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo. Además, la cantidad del monómero polimerizable monofuncional que no tiene esqueleto de bifenilo preferiblemente no es superior a 28% en peso, más preferiblemente no es superior a 25% en peso, basado en el peso total de todos los monómeros. Como monómero monofuncional, se puede usar un monómero monofuncional conocido. Ejemplos ilustrativos de los monómeros monofuncionales que se pueden añadir para ajustar diferentes propiedades físicas cuando se usan como un artículo moldeado plástico para óptica incluyen ácidos carboxílicos no saturados tales como ácido acrílico, ácido metacrílico y anhídrido maleico; acrilatos y metacrilatos tales como acrilato de metilo, metacrilato de metilo, metacrilato de bencilo, metacrilato de fenilo, metacrilato de 2-hidroxietilo, acrilato de glicidilo, metacrilato de glicidilo, metacrilato de \beta-metilglicidilo, metacrilato de bisfenol A monoglicidil-éter, metacrilato de 4-glicidiloxi, metacrilato de 3-(glicidil-2-oxietoxi)-2-hidroxipropilo, 3-(glicidiloxi-1-isopropiloxi)-2-hidroxipropilacrilato, y acrilato de 3-glicidiloxi-2-hidroxipropiloxi)-2-hidroxipropilo; fumaratos tales como fumarato de dietilo y fumarato de difenilo; tioacrilatos y tiometacrilatos tales como tioacrilato de metilo, tioacrilato de bencilo y tiometacrilato de bencilo; y compuestos de vinilo tales como estireno, cloroestireno, metilestireno, vinilnaftaleno, un dímero de \alpha-metilestireno, y bromoestireno.
Un compuesto fotocrómico orgánico para ser usado en la composición fotocrómica endurecible de la presente invención se refiere a un colorante orgánico que tiene una función de desarrollo de color por la luz y de pérdida de color por la luz o por el calor, esto es, que tiene propiedades fotocrómicas. En la presente invención, el compuesto fotocrómico orgánico no está particularmente limitado siempre que sea un compuesto que tiene tales características, y se pueden utilizar sin limitaciones compuestos fotocrómicos orgánicos tales como compuestos de cromeno, compuestos de espirooxazina y compuestos de fulgimida que se sabe que se pueden usar como materia prima de una lente fotocrómica o de cambio óptico.
Los ejemplos ilustrativos de compuestos fotocrómicos orgánicos que se pueden usar adecuadamente en la presente invención incluyen compuestos de cromeno tales como espiro[norbornano-2,2'-[2H]benzo[h]cromeno], espiro[biciclo[3.3.1]nonano-9,2'-[2H]benzo[h]cromeno], 7'-metoxiespiro[biciclo[3.3.1]nonano-9,2'-[2H]benzo[h]cromeno], y 7'-metoxiespiro[norbornano-2,2'-[2H]benzo[h]cromeno]; compuestos de espirooxazina tales como 1'-metoxicarbonilmetil-8''-metoxi-6''-(4-metilpiperadino)diespiro[ciclohexano-1,3'-(3H)indol-2'-(1'H),3''-(3H)nafto(3,2-a)(1,4)oxazina], y 6'-fluoro-1',5'-dimetil-6''-morfolinodiespiro[ciclohexano-1,3'-(3H)indol-2'-(1'H),3''-(3H)nafto(3,2-a)(1,4)oxazina]; y compuestos de fulgimida tales como N-cianometil-6,7-dihidro-2-(p-metoxifenil)-4-metilespiro(5,6-benzo[b]tiofenodicarboxiimida-7,2-triciclo[3.3.1.1]decano), N-cianometil-6,7-dihidro-4-metil-2-fenilespiro(5,6-benzo[b]tiofenodicarboxiimida-7,2-triciclo[3.3.1.1]decano), y 6,7-dihidro-4-metil-2-(p-metilfenil)-N-nitrometilespiro(5,6-benzo[b]tiofenodicarboxiimida-7,2-triciclo[3.3.1.1]decano. De estos compuestos, el compuesto de cromeno, particularmente un compuesto de cromeno de alto peso molecular que tiene un peso molecular superior a 500 es conocido porque cuando se dispersa en una matriz polimérica, la velocidad de desarrollo de color y la velocidad de atenuación del color están reducidas en general si se comparan con las velocidades que se obtienen cuando está dispersado en una solución. Cuando se usa dicho compuesto, se pone claramente de manifiesto el efecto de la presente
invención.
Los anteriores compuestos fotocrómicos orgánicos se pueden usar solos o en mezcla de dos o más. En general, se preparan una pluralidad de compuestos fotocrómicos orgánicos y se usan para obtener un desarrollo de color que corresponde a los propósitos de aplicación. Sin embargo, se usa particularmente de forma adecuada un compuesto de cromeno con una velocidad de atenuación del color relativamente baja.
El contenido del compuesto fotocrómico orgánico en la composición fotocrómica endurecible no está particularmente limitado. Sin embargo, en consideración de la eficiencia de desarrollo de color del compuesto fotocrómico orgánico, es adecuadamente de 0,001 a 5 partes en peso, particularmente de forma adecuada de 0,005 a 0,5 partes en peso, basado en 100 partes en peso de todos los monómeros.
La composición fotocrómica endurecible de la presente invención puede contener una variedad de aditivos en una cantidad tal que no perjudique el efecto de la presente invención. Ejemplos ilustrativos de tales aditivos incluyen estabilizantes y aditivos tales como absorbentes en el ultravioleta, estabilizantes en el ultravioleta, antioxidantes, inhibidores de la coloración y agentes antiestáticos. Aunque las cantidades de estos aditivos varían dependiendo de las condiciones de polimerización, del tipo de iniciador, del tipo y composición del compuesto fotocrómico orgánico a ser usado y del propósito de la aplicación del artículo moldeado plástico que se va a obtener y no se puede limitar a cantidades particulares, se usan adecuadamente en una cantidad total de 0,001 a 10 partes en peso basado en 100 partes en peso de todos los monómeros.
La composición fotocrómica endurecible de la presente invención presenta excelentes propiedades fotocrómicas y propiedades de sustrato cuando se polimeriza para formar un producto endurecido. En este momento, la polimerización de la composición fotocrómica endurecible de la presente invención se puede llevar a cabo por adición de un iniciador de polimerización. Como método de polimerización, se pueden usar la fotopolimerización, la polimerización radical térmica o una combinación de estas según el iniciador de polimerización que se utilice. Cuando sea indeseable la inhibición de la polimerización por el oxígeno disuelto, se realiza en primer lugar la desaireación y después se añade un iniciador de polimerización de manera que se comience la polimerización. Además, cuando se realiza la copolimerización mediante el uso de una pluralidad de monómeros polimerizables, la copolimerización puede ser o bien copolimerización en bloque o bien copolimerización aleatoria.
Un iniciador de polimerización radical térmica cuando se lleva a cabo la polimerización radical térmica no está particularmente limitado, y se pueden utilizar los iniciadores de polimerización radical térmica conocidos. Ejemplos ilustrativos de los mismos incluyen peróxidos de diacilo tales como peróxido de benzoilo, peróxido de p-clorobenzoilo, peróxido de decanoilo, peróxido de lauroilo, y peróxido de acetilo; peroxi-ésteres tales como hexanoato de t-butilperoxi-2-etilo, t-butilperoxi-dicarbonato, cumilperoxi-neodecanoato, y t-butilperoxi-benzoato; percarbonatos tales como diisopropilperoxi-dicarbonato, di-2-etilhexilperoxi-dicarbonato, y di-sec-butilperoxi-dicarbonato; y compuestos azo tales como azobisisobutironitrilo.
La cantidad de dicho iniciador de una polimerización radical térmica varía según las condiciones de polimerización, el tipo de iniciador, los tipos y composiciones de los monómeros polimerizables que se usan y no se puede limitar a una cantidad particular. Sin embargo, se usa de una forma adecuada en una cantidad de 0,01 a 10 partes en peso basado en 100 partes en peso de todos los monómeros polimerizables.
Las condiciones de polimerización para la polimerización radical térmica no están particularmente limitadas, pero la temperatura de polimerización influye en las propiedades del artículo moldeado a ser obtenido. Una temperatura de polimerización adecuada no se puede limitar a una temperatura particular porque está influenciada por el tipo y la cantidad del iniciador de polimerización, los tipos y estructuras de los monómeros polimerizables que se usan, y sus relaciones y cantidades de combinación. En general, es deseablemente de 30 a 100ºC, más adecuadamente de 50 a 95ºC, y mucho más adecuadamente de 60 a 90ºC.
El tiempo de polimerización también varía según diferentes factores. Por tanto, es deseable determinar por anticipado el tiempo óptimo que corresponde a estas condiciones. Este generalmente varía de 1 a 20 horas, más adecuadamente de 5 a 12 horas, y mucho más adecuadamente de 7 a 10 horas.
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Entretanto, cuando se lleva a cabo la fotopolimerización, ésta se realiza añadiendo un iniciador de fotopolimerización a la composición fotocrómica endurecible de la presente invención e irradiando después la composición con una radiación de energía de activación.
El iniciador de fotopolimerización no está particularmente limitado, y se pueden utilizar iniciadores de fotopolimerización conocidos. Ejemplos ilustrativos de iniciadores de fotopolimerización que se pueden utilizar adecuadamente incluyen iniciadores de fotopolimerización basados en acetofenona tales como 1-fenil-2-hidroxi-2-metilpropan-1-ona, 1-hidroxiciclohexilfenilcetona y 1-(4-isopropilfenil)-2-hidroxi-2-metilpropan-1-ona; iniciadores de fotopolimerización de \alpha-dicarbonilo tales como 1,2-difeniletanodiona y glioxilato de metilfenilo; e iniciadores de fotopolimerización basados en óxido de fosfina tales como óxido de 2,4,6-trimetilbenzoildifenilfosfina, óxido de bis(2,6-dimetoxibenzoil)-2,4,4-trimetilpentilfosfina, óxido de bis(2,6-dimetilbenzoil)-2,4,4-trimetilpentilfosfina, óxido de bis(2,4,6-trimetilbenzoil)-2,4,4-trimetilpentilfosfina, y óxido de bis(2,6-diclorobenzoil)-2,4,4-trimetilpentilfosfina. Estos iniciadores de fotopolimerización se pueden usar solos o en combinación de dos o más.
La cantidad del iniciador de fotopolimerización varía según las condiciones de polimerización, el tipo de iniciador, y los tipos y composiciones de los monómeros polimerizables y no se puede limitar a una cantidad particular. En general, varía adecuadamente de 0,005 a 3 partes en peso, preferiblemente de 0,02 a 1 parte en peso, basado en 100 partes en peso de todos los monómeros polimerizables, desde los puntos de vista de la uniformidad interna y del grado de polimerización del polímero.
Cuando se lleva a cabo la fotopolimerización, el método de realizar la polimerización mediante irradiación de radiación de energía de activación no está particularmente limitado, y se puede emplear adecuadamente un método de polimerización conocido. La radiación de energía de activación usada en este caso es una radiación de energía que tiene una longitud de onda de 200 a 500 nm. Una fuente de luz de dicha radiación de energía de activación es preferiblemente la que es capaz de emitir una radiación ultravioleta y una radiación visible. Por ejemplo, se utilizan adecuadamente una lámpara de haluro metálico, una lámpara de mercurio de baja presión, una lámpara de mercurio de alta presión, una lámpara de mercurio de super alta presión, una lámpara bactericida, una lámpara de xenón y similares.
El tiempo de irradiación de la radiación de energía de activación para llevar a cabo la polimerización varía según la longitud de onda y la intensidad de la fuente de luz y la forma y el material del polímero y no se puede determinar de modo único pero generalmente es de 2 a 30 minutos. En este tiempo, la temperatura puede ser temperatura ambiente. Además, se puede llevar a cabo la polimerización bajo una presión aplicada externamente.
Además, mediante el uso de una combinación del anterior iniciador de polimerización térmica y el anterior iniciador de fotopolimerización, se puede llevar a cabo la polimerización en dos etapas en la cual se realiza un preendurecimiento por fotopolimerización y después el endurecimiento por polimerización se completa por polimerización térmica mediante aplicación de calor.
El producto endurecido obtenido por polimerización y endurecimiento de la composición fotocrómica endurecible de la presente invención tiene altas propiedades fotocrómicas tales como mejoras en la velocidad de desarrollo del color, velocidad de atenuación del color y densidad del color desarrollado y también tiene altas propiedades mecánicas y propiedades ópticas. Por tanto, se puede usar adecuadamente como una lente fotocrómica.
Ejemplos
De aquí en adelante, la presente invención será descrita en más detalle con referencia a ejemplos. Sin embargo, la presente invención no se debe limitar a estos ejemplos.
Ejemplo 1
A 100 partes en peso del monómero obtenido mezclando 5 partes en peso de monómero de bifenilo 1 (2-metacriloiloxibifenilo, abreviado como "2BiPh-MA") representado por la siguiente fórmula (4) en 95 partes en peso de mezcla de monómero (de aquí en adelante denominado "monómero principal") que comprende 66% en peso de dimetacrilato de tetraetilenglicol y 15% en peso de dimetacrilato de trietilenglicol como monómeros bifuncionales y 9% en peso de metacrilato de glicidilo, 2% en peso de metacrilato de hidroxietilo, 8% en peso de \alpha-metilestireno y 1% en peso de dímero de metilestireno como monómeros monofuncionales, se añadieron 0,03 partes en peso de compuesto de cromeno (cromeno 1) representado por la siguiente fórmula (5) y 1 parte en peso de perbutilo ND como un iniciador de fotopolimerización y se mezclaron de forma suficientemente uniforme para preparar así una composición fotocrómica endurecible de la presente invención. La composición preparada se inyectó en un molde que se puso entonces en una estufa, y se aumentó la temperatura hasta 90ºC en 18 horas y después se mantuvo a 90ºC durante 2 horas para así llevar a cabo la polimerización. Una vez completada la polimerización, se sacó del molde un artículo moldeado plástico de forma de disco de 2 mm de espesor. El artículo moldeado se trató después con calor a 100ºC durante 2 horas.
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El artículo moldeado resultante se expuso a una lámpara de xenón (L-2480(300W)SHL-100, producto de Hamamatsu Fotonics Co., Ltd.) como luz de excitación por medio de un filtro de aeromasa a temperatura ambiente durante 2 minutos para producir así la isomerización de un colorante fotocrómico del artículo moldeado plástico en un isómero que tiene una banda de absorción en un intervalo visible, esto es, hacer que el artículo desarrolle un color. La intensidad de la luz de excitación a este tiempo era de 2,4 mW/cm^{2} a una longitud de onda de 365 nm y 24 \muW/cm^{2} a una longitud de onda de 245 nm.
El pico de absorción, la intensidad de absorción y la semivida de la atenuación del color del artículo moldeado plástico con desarrollo de color se midieron por medio de un espectrofotómetro (MCPD1000, producto de Otsuka Denshi Kogyo Co., Ltd.). Se determinó la intensidad del color desarrollado como la diferencia entre un valor máximo de desarrollo de color inmediatamente después de completar la irradiación de la luz de excitación y la absorbancia antes de la excitación a la misma longitud de onda. Una vez que ha terminado la irradiación de la luz de excitación, el artículo moldeado plástico fotocrómico excitado y con desarrollo de color pierde gradualmente el color debido a una reacción inversa y vuelve a su original estado incoloro. Por tanto, se evaluó la velocidad de atenuación del color tomando el tiempo requerido para que la densidad del color desarrollado sea reducida a la mitad una vez que se hubo parado la irradiación de la luz como la semivida de la atenuación del color (no es necesario decir que cuanto más alta es la velocidad de atenuación del color, más corta es la semivida de la atenuación del color). Para determinar la semivida de la atenuación del color, se midió un espectro de absorción en ese momento en todas las longitud de ondas en cada unidad de tiempo por medio del anterior espectrofotómetro multicanal instantáneo con dispositivo de fotodiodos inmediatamente después que la irradiación de la luz de excitación hubo parado, y el tiempo requerido para que el valor del pico de absorción inmediatamente después de la excitación sea reducido a la mitad se tomó como la semivida de la atenuación del color.
Además, se evaluó la dureza del artículo moldeado plástico como dureza en la escala L de Rockwell (HL). Se realizó la medida mediante el uso de un medidor de dureza Rockwell (AR-10, producto de Akashi Co., Ltd.) después de dejar en reposo un artículo moldeado plástico fotocrómico de 2 mm de espesor en una sala de medida con una temperatura interna de 25ºC durante 1 día. Se realizó la medida tres veces y se tomó la media como valor de medida.
Los resultados de las medidas de las propiedades fotocrómicas obtenidas, durezas y similares se muestran en la Tabla 1.
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Ejemplos 2 a 35
Según las composiciones mostradas en la Tabla 1, se obtuvieron artículos moldeados fotocrómicos de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados de las medidas de las propiedades de estos artículos se muestran también en la Tabla 1.
En la Tabla 1, TMPT significa trimetacrilato de trimetilolpropano usado como un monómero que tiene al menos tres grupos funcionales, y los monómeros de bifenilo 2 a 5 representan los siguientes compuestos.
Monómero de bifenilo 2: Compuesto representado por la siguiente fórmula (6). Este compuesto se obtuvo mediante el Ejemplo de producción 1 que se describe más adelante.
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Monómero de bifenilo 3: Compuesto representado por la siguiente fórmula (7).
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Monómero de bifenilo 4: Compuesto representado por la siguiente fórmula (8).
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Monómero de bifenilo 5: Compuesto representado por la siguiente fórmula (9).
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Monómero de bifenilo 6: Compuesto representado por la siguiente fórmula (10).
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Monómero de bifenilo 7: Compuesto representado por la siguiente fórmula (11).
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Monómero de bifenilo 8: Compuesto representado por la siguiente fórmula (12).
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Además, cuando se midieron el índice de refracción y el número de Abbe del artículo moldeado plástico fotocrómico obtenido en el Ejemplo 12, el índice de refracción fue 1,521 y el número de Abbe fue 44,1. El número de Abbe se midió utilizando un refractómetro de Abbe (AR-S1, producto de ATAGO CO., LTD.), y el índice de refracción en una línea de sodio D se midió a una temperatura de la muestra de 20ºC. Se realizó la medida tres veces y se tomó la media como valor de medida. Al mismo tiempo, se midió el número de Abbe mediante el uso del mismo aparato. La conversión desde un valor Z se hizo de acuerdo con un método convencional.
Ejemplo de producción 1
El monómero de bifenilo 2 se produjo de la siguiente manera. En primer lugar, se cargaron 50,5 g de 4-bifenol, 50 ml de trietilamina y 15 ml de piridina en un matraz de tres bocas de 300 ml y se disolvieron en 150 ml de THF deshidratado. Se montaron sobre el matraz, un balón de nitrógeno, un termómetro, y un embudo de goteo que contenía 49,7 g de anhídrido metacrílico. Con el matraz dispuesto en un baño de hielo, se añadió gota a gota anhídrido metacrílico (durante 1 hora) de manera que se mantuviera la temperatura a 10ºC o más baja. Después de completar la adición gota a gota, se aumentó gradualmente la temperatura hasta temperatura ambiente, y se agitó la mezcla durante 20 horas a temperatura ambiente.
Una vez que se hubo completado la reacción, se cargaron 50 ml de agua en el matraz, con el matraz colocado en un baño de hielo. Después, se añadieron 100 ml de cloroformo a la mezcla que se agitó después, y se separó una capa orgánica mediante el uso de un embudo de separación. Se lavó la capa orgánica dos veces con solución acuosa de HCl 3 N y una vez con solución acuosa saturada de NaCl. Después, se lavó adicionalmente la capa orgánica una vez con solución acuosa saturada de bicarbonato de sodio y dos veces de nuevo con solución acuosa saturada de NaCl. Una vez que fue separado el disolvente por destilación de la capa orgánica, la capa orgánica resultante se recristalizó en etanol. Se obtuvieron 55,3 g (77,4%) de cristales incoloros.
Como resultado de la medida de ^{1}H-NMR, se observó una señal 3H derivada de un grupo metacril-metilo a 2,06 ppm, se observó una señal 1H derivada de un doble enlace a 5,73 ppm y 6,35 ppm, y se observó una señal 9H derivada de un protón aromático de 7,1 a 7,7 ppm, con lo que se confirmó la síntesis.
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Ejemplos comparativos 1 a 3
Los artículos moldeados fotocrómicos se obtuvieron mediante el uso de composiciones que tienen la composición mostrada en la Tabla 2 como ejemplos, sin utilizar monómeros de bifenol y un ejemplo sin utilizar ningún monómero de bifenilo y ningún TMPT y se evaluaron de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
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(Tabla pasa a página siguiente)
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Ejemplo comparativo 4
Se obtuvo un artículo moldeado plástico fotocrómico mediante el uso de una mezcla de monómeros que tiene la composición mostrada en la Tabla 2 para obtener así una semivida de la atenuación del color y una densidad del color desarrollado que fueron comparables a las del Ejemplo 27, y se evaluó el artículo moldeado obtenido. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Como se muestra en la Tabla 2, la velocidad de atenuación del color y la densidad del color desarrollado se pueden aumentar aún más añadiendo solamente TMPT a un monómero principal sin utilizar monómeros de bifenilo. En este caso, sin embargo, el producto endurecido se hace propenso a ser quebradizo (o la dureza se hace demasiado alta) cuando aumenta la cantidad de TMPT que se añade. Entretanto, como se muestra en la Tabla 1, cuando se usan monómeros de bifenilo en combinación con TMPT, se pueden obtener mayores efectos de mejora de la velocidad de atenuación del color y de la densidad del color desarrollado con las mimas cantidades de TMPT. Por ejemplo, cuando el Ejemplo 1 o el 17 se comparan con el Ejemplo comparativo 1, a pesar de las durezas similares, la semivida de la atenuación del color es de 3/4 a 1/2 veces o menos, y la densidad del color desarrollado es de 4/3 hasta casi 2 veces, lo que indica que las propiedades fotocrómicas habían mejorado notablemente. Además, cuando el Ejemplo 12 y el Ejemplo comparativo 1 que dan casi la misma dureza se comparan uno con otro, la velocidad de atenuación del color del Ejemplo 12 es 2,7 veces más alta que la del Ejemplo comparativo 1, y la densidad del color desarrollado del Ejemplo 12 es al menos 2 veces más alta que la del Ejemplo comparativo 1, lo que indica que la adición del monómero de bifenilo tiene un efecto significativo. Además, esto es cierto también para el ejemplo 3 y el Ejemplo comparativo 3. En adición, cuando el Ejemplo 27 y el Ejemplo comparativo 4 que tienen similares densidades del color desarrollado y similares semividas de la atenuación del color, se comparan uno con otro, la dureza del Ejemplo comparativo 4 es demasiado alta (la rigidez se reduce), con lo que resulta un artículo moldeado quebradizo. Por tanto, cuando se usa un monómero de bifenilo en combinación con monómeros multifuncionales, se puede obtener un artículo moldeado plástico fotocrómico que tiene una alta velocidad de atenuación del color y una alta densidad del color desarrollado con la dureza del sustrato mantenida a un nivel moderadamente alto.
Ejemplo comparativo 5
Se obtuvo un artículo moldeado plástico de la misma manera que en el Ejemplo 12 excepto que se utilizó un polietilenglicol (PEG1540) con un peso molecular medio de 1.540 en lugar del monómero de bifenilo para obtener así una dureza y una velocidad de atenuación del color que fueron comparables a las del artículo moldeado obtenido en el Ejemplo 12, y el artículo obtenido se midió en cuanto a sus propiedades fotocrómicas, índice de refracción y número de Abbe. Las propiedades fotocrómicas se muestran en la Tabla 2. Además, el índice de refracción fue 1,512, y el número de Abbe fue 51,1.
Como se puede comprender de la comparación entre el Ejemplo 12 y el Ejemplo comparativo 5 que se preparó de manera que tuviera la misma dureza y la misma velocidad de atenuación del color que las del Ejemplo 12, cuando se comparan, cuando se añadió el polietilenglicol como un aditivo simplemente para reducir la densidad de reticulación por unidad de peso, la densidad del color desarrollado y el índice de refracción son altos cuando se usó el monómero de bifenilo en la misma cantidad que la del polietilenglicol.
Ejemplos 36 a 65
Se obtuvieron artículos moldeados plásticos fotocrómicos de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que se usaron 0,02 partes en peso del compuesto (cromeno 2) representado por la siguiente fórmula (13) como un compuesto fotocrómico orgánico en lugar de 0,03 partes en peso de cromeno 1 y que el compuesto se mezcló con monómeros que tienen las composiciones mostradas en la Tabla 3, y los artículos obtenidos se evaluaron con respecto a las propiedades fotocrómicas y las propiedades de lente. Los resultados se muestran en la Tabla 3.
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Ejemplo comparativos 6 a 9
Se obtuvieron artículos moldeados fotocrómicos mediante el uso de composiciones que tienen la composición mostrada en la Tabla 4 como ejemplos, sin utilizar monómeros de bifenilo y un ejemplo sin utilizar monómero de bifenilo ni TMPT, cuando se utilizaron 0,02 partes en peso de cromeno 2, y los artículos moldeados obtenidos se evaluaron de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
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Ejemplo comparativo 10
Se obtuvo un artículo moldeado plástico fotocrómico mediante el uso de una mezcla de monómeros que tienen la composición mostrada en la Tabla 4, para lograr de este modo una semivida de la atenuación del color y una densidad del color desarrollado que fueran comparables a las del Ejemplo 37, y se evaluó el artículo moldeado obtenido. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
Cuando se comparan las Tablas 3 y 4 una con otra, se observa una tendencia similar a la que existe entre las Tablas 1 y 2. Por tanto, se entiende que el efecto de la presente invención se puede obtener aún incluso si el compuesto fotocrómico orgánico que se usa se cambia de una a otra.
Ejemplo 66
Se obtuvo un artículo moldeado plástico fotocrómico de la misma manera que en el Ejemplo 6 excepto que se utilizaron 70 partes en peso de dimetacrilato de trietilenglicol en lugar de 70 partes en peso del monómero principal, y se evaluó el artículo moldeado obtenido con respecto a las propiedades fotocrómicas y las propiedades de lente. El artículo moldeado tenía una dureza de 109,2, una semivida de la atenuación del color de 1,32 minutos, y una densidad del color desarrollado de 0,64.
Ejemplo comparativo 11
Se obtuvo un artículo moldeado plástico fotocrómico de la misma manera que en el Ejemplo comparativo 3 excepto que se utilizaron 80 partes en peso de dimetacrilato de trietilenglicol en lugar de 80 partes en peso del monómero principal, y se evaluó el artículo moldeado obtenido con respecto a las propiedades fotocrómicas y las propiedades de lente. El artículo moldeado tenía una dureza de 112.1, una semivida de la atenuación del color de 2,01 minutos, y una densidad del color desarrollado de 0,48.
Ejemplos 67 a 74
Se obtuvieron artículos moldeados plásticos fotocrómicos de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que se utilizaron 0,04 partes en peso del compuesto (cromeno 3) representado por la siguiente fórmula (14) como un compuesto fotocrómico orgánico en lugar de 0,03 partes en peso de cromeno 1 y que el compuesto se mezcló con monómeros que tienen la composición mostrada en la Tabla 5, y se evaluaron los artículos moldeados obtenidos con respecto a las propiedades fotocrómicas y las propiedades de lente Los resultados se muestran en la Tabla 5.
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Ejemplo comparativo 12
Como un ejemplo que no utiliza monómeros de bifenilo cuando se usaron 0,04 partes en peso de cromeno 3, se obtuvo un artículo moldeado plástico fotocrómico de la misma manera que en el Ejemplo 67 excepto que se usaron 90 partes en peso del monómero principal y 10 partes en peso de TMPT, y se evaluó el artículo moldeado obtenido con respecto a las propiedades fotocrómicas y las propiedades de lente. El artículo moldeado tenía una dureza de 99, una semivida de la atenuación del color de 2,2 minutos, una densidad del color desarrollado de 0,86 y un pico de absorción de 610 nm.
22
Como se ha descrito antes, hasta ahora, cuando un compuesto fotocrómico orgánico se dispersa en una matriz polimérica, la densidad del color desarrollado y la velocidad de atenuación del color se reducen, y para suprimir deterioros en estas propiedades físicas, no puede ser de ayuda que las propiedades mecánicas y ópticas del sustrato sean reducidas. Entretanto, el producto endurecido obtenido por endurecimiento de la composición fotocrómica endurecible de la presente invención tiene buenas propiedades mecánicas y ópticas tales como dureza, rigidez y un índice de refracción del sustrato y una alta densidad del color desarrollado y altas velocidades de desarrollo de color y de atenuación del color de un compuesto fotocrómico orgánico dispersado en ella. Por tanto, la composición endurecible de la presente invención se puede usar adecuadamente como una lente fotocrómica que requiere una alta densidad del color desarrollado y un rápido desarrollo de color y atenuación del color y también hace posible aplicar ampliamente un material fotocrómico como un material que funciona ópticamente.

Claims (10)

1. Una composición fotocrómica endurecible que comprende
(i)
un monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo, en el que uno o dos grupos entre un grupo acriloiloxi, un grupo metacriloiloxi, un grupo acriloiloxialquiloxi y un grupo metacriloiloxialquiloxi, están directamente unidos al esqueleto de bifenilo;
(ii)
un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo; y
(iii)
un compuesto fotocrómico orgánico.
2. La composición de la reivindicación 1, en la que el monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo es una mezcla de un monómero polimerizable bifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo y un monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo y que tiene al menos tres grupos funcionales.
3. Las composiciones de las reivindicaciones 1 o 2, en las que el compuesto fotocrómico orgánico es al menos uno entre un compuesto de cromeno, un compuesto de espirooxazina y un compuesto de fulgimida.
4. La composición de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el peso molecular del compuesto fotocrómico orgánico es superior a 500.
5. La composición de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un monómero polimerizable monofuncional que no tiene esqueleto de bifenilo.
6. La composición de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el monómero polimerizable que tiene un esqueleto de bifenilo constituye de 2 a 80 partes en peso, el monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo constituye de 20 a 98 partes en peso, y el compuesto fotocrómico orgánico constituye de 0,001 a 5 partes en peso, basado en 100 partes en peso del total del monómero polimerizable que tiene esqueleto de bifenilo y del monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo.
7. La composición de la reivindicación 5, en la que el contenido del monómero polimerizable monofuncional que no tiene esqueleto de bifenilo representa 30 partes en peso o menos, basado en 100 partes en peso del total del monómero polimerizable que tiene esqueleto de bifenilo y del monómero polimerizable multifuncional que no tiene esqueleto de bifenilo
8. Un producto fotocrómico endurecido obtenido por endurecimiento de la composición de cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
9. El producto endurecido de la reivindicación 8, que tiene una dureza Rockwell de 80 a 110.
10. El uso de la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para producir un producto fotocrómico endurecido.
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