JPH0664201B2 - プラスチックレンズの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポリウレタンを樹脂素材とするプラスチック
レンズの製造方法に関するものである。

プラスチックレンズとしては，肉眼鏡，拡大鏡，眼鏡用
レンズ，偏向レンズ，フォトクロミックレンズ，フレネ
ルレンズ，コンタクトレンズなどがあり，多種多様であ
る。

従来，眼鏡レンズの材質は，そのほとんどが無機ガラス
であつたが，子供や老人の眼鏡装用者を対象にして，あ
るいはサングラス，フアッショングラスが一般普及する
につれて，眼鏡レンズの安全性と軽量化が見直されるよ
うになり、眼鏡レンズのプラスチック化が盛んに進めら
れるようになつた。

プラスチックレンズ用の樹脂素材として現在使用されて
いるものは，例えばジグリコールジアリルカーボネート
樹脂，メタクリル樹脂ならびにポリカーボネートなどが
一般的である。

これらのプラスチック樹脂光学材料は，無機ガラスに匹
敵する透明性を有し、かつ耐衝撃性がすぐれる特徴を有
している。

このようにして無機ガラスに比べて幾つかの特長を有し
ている反面，今後検討すべき課題も残されている。

その一つは，耐摩耗性の一層の改良と耐熱クラック性な
ど耐久性の向上であり，特に度つきレンズに対してはこ
の耐久性が重要である。

二つ目は成形ひずみのない光学的均一性に優れたレンズ
成形技術の開発である。

さらに重要なのは，レンズ設計上有利な高屈折率でかつ
低分散の素材開発である。こうした光学特性は，レンズ
の厚みを薄くすることが可能となり，実用上大きな商品
価値に結びつくものである。また耐衝撃性や剛性を向上
させることも薄型レンズを開発する上で重要なので，こ
れらの特性向上からのアプローチも同時に重視すべきで
ある。

一方，コンタクトレンズについては，特に性能の変動が
問題となる。すなわち，コンタクトレンズ装着時の外部
環境によつてコンタクトレンズの屈折率，サイズ，透明
性等が変化し，種々の視覚的変化を生じる。

さらに、米国特許第3,553,174号においては、ポリイソ
シアネートと水酸基含有（メタ）アクリレートとの反応
において、ウレタン化反応とビニル重合とを同時にする
ことによって、プラレンズを得る技術が記載されてい
る。

しかしながら、この技術においては、ウレタン化反応と
ビニル重合とを同時に進行させるため、重合コントロー
ルができず、光学的に均一なレンズが得られにくいとい
った問題点を有していた。

また、特公昭46-38708号公報においても、アリルウレタ
ンが、ジイソシアナートとアリルアルコールあるいはメ
タアリルアルコールとの反応によって得られることが記
載されている。

本発明は，上記にかんがみて，耐衝撃性，強靭性にすぐ
れ，かつ高屈折率でひずみの極めて少ない眼鏡レンズ用
プラスチックレンズの製造方法を提供することを目的と
するものである。

本発明の要旨は、イソシアネート化合物とヒドロキシ基
含有不飽和化合物とをウレタン結合により予備重合させ
た後、金型に注入しラジカル重合させることを特徴とす
る屈折率 ▲ｎ^20゜C _D▼＝1.45〜1.70 を満足するプラスチックレンズの製造方法にある。

上記において，屈折率の波長は5892.9ÅのＤ線における
20℃の値である。

上記において，屈折率が低すぎると，度つきレンズにお
けるレンズ厚みを大きくする必要がありレンズ設計上問
題が生ずる。

一方，屈折率が高すぎると，フレネル反射による端面反
射損失によつて全光線透過率が低下する傾向があり，ま
たプラスチック素材では屈折率を上げにくい側面があ
る。

したがつて，レンズの屈折率は,1.45〜1.70の範囲が良
好であり，この範囲において，屈折率はできるだけ高い
方が好ましい。特に屈折率が1.55以上になると，市販無
機ガラスの度つきレンズと薄型の競合が可能になる。

レンズ設計の際には，上述した光学的特性を満足させる
以外に，次のような性能を考慮する必要がある。

本発明のウレタン樹脂は，イソシアネート化合物とヒド
ロキシル基を含有する不飽和化合物とを反応させた不飽
和ウレタン予備重合物を，ラジカル重合することによつ
て調整することができる。

不飽和ウレタン予備重合物の作製方法としては，イソシ
アネート化合物と，重合性不飽和基を含有するヒドロキ
シ化合物を用いて，イソシアネート基とヒドロキシル基
とを反応させる方法が用いられる。後述するような各種
のイソシアネート化合物とヒドロキシ化合物の中から自
由に選択して，目的とする所望の不飽和ウレタン予備重
合物を調整することができる。

ここでイソシアネート化合物と，ヒドロキシ化合物を用
いる方法で使用する原料を具体的に挙げると次のようで
ある。

（１） イソシアネート化合物 モノ，ジおよびポリイソシアネート化合物を使用するこ
とができる。

A.モノイソシアネート化合物 メチルイソシアネート，エチルイソシアネート，ブチル
イソシアネート，プロピルイソシアネート，オクタデシ
ルイソシアネート，フエニルイソシアネート，メタクロ
ルフエニルイソシアネート。

B.ジイソシアネート化合物 ヘキサメチレンジイソシアネート，オクタメチレンジイ
ソシアネート，ノナンメチレンジイソシアネート，イソ
ホロンジイソシアネート,2,2.4−トリメチルヘキサメチ
レンジイソシアネート，ジシクロヘキシルメタンジイソ
シアネート，リジンジイソシアネートメチルエステル，
テトラメチレンジイソシアネート，キシリレンジイソシ
アネート，ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサ
ン，等 トリレンジイソシアネート,4,4′−ジフエニルメタンジ
イソシアネート，トリジンジイソシアネート，ナフタレ
ンジイソシアネート,3,3′−ジメチル−4,4′−ビスフ
エニレンジイソシアネート等がある。

C.ポリイソシアネート化合物 ３官能以上の多官能イソシアネートとしては，たとえば
次のようである。

ヘキサメチレンジイソシアネートのビウレット化反応生
成物あるいはトリメチロールプロパンとのアダクト反応
生成物，イソホロンジイソシアネートから誘導された３
官能ないし４官能イソシアネート,2−イソシアネートエ
チル−2,6−ジイソシアネートエチルヘキサノエート,2
−イソシアネートプロピル−2,6−ジイソシアネートヘ
キサノエート,1,6,11−ウンデカントリイソシアネート,
4,4′,4″−イソシアネートトリフエニルメタン，等。

上述したモノ，ジ，およびポリイソシアネート化合物の
中では，室温で液状で，かつ蒸気圧の低いものが好まし
い。また熱および光に対する黄変性の点から，芳香族系
の黄変タイプよりも脂肪族系の無黄変タイプの方が望ま
しい。さらにレンズ設計上，屈折率が高く，アツベ数が
高いものがすぐれている。これらの観点から好ましいイ
ソシアネート化合物としてはヘキサメチレンジイソシア
ネート，イソホロンジイソシアネート,4,4′−ジフエニ
ルメタンジイソシアネート,2,6−ジイソシアネートカプ
ロン酸メチルエステル（リジンジイソシアネートメチル
エステル）,2−イソシアネートエチル−2,6−ジイソシ
アネートヘキサノエート,1,6,11−ウンデカントリイソ
シアネート等であり，それぞれ単独にあるいは混合して
使用することができる。

（２） ヒドロキシ化合物 アリルアルコール，メタリルアルコールや次のような一
般式（Ｉ）で示されるヒドロキシル基を含有するアクリ
ル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルなどが使用
できる。その他，不飽和結合を有するポリエステルポリ
オール，ポリエーテルポリオールなど各種のポリオール
も使用でき，ここに示されたものに限定されるものでは
ない。これらは１種類のみでもよいし，あるいは２種以
上を混合して使用してもよい。

n:1,2または３ Ｒ_１:H,CH_３ Ｒ_２：炭素数２〜12の置換もしくは非置換の炭化水素残
基 上記のアクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステ
ルの例としては，アクリル酸−２−ヒドロキシエチル，
アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル，アクリル酸−２
−ヒドロキシブチル，メタクリル酸−２−ヒドロキシプ
ロピル，メタクリル酸−３−ヒドロキシプロピル，メタ
クリル酸−４−ヒドロキシブチル，アクリル酸−２−ヒ
ドロキシ−３−クロロプロピル，メタクリル酸−２−ヒ
ドロキシ−３−クロロプロピル等がある。

特に好ましいものとしては，アリルアルコールメタリル
アルコール，メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル，ア
クリル酸−２−ヒドロキシエチル，メタクリル酸−２−
ヒドロキシプロピルである。

上述のイソシアネート化合物とヒドロキシ基含有の不飽
和化合物とを反応させて不飽和ウレタン予備重合物を作
製する際の反応条件としては，通常室温〜200℃，好ま
しくは80〜150℃で行なうのが良い。反応時間は５〜30
時間必要である。

反応時間の短縮のために，ポリウレタンの製造に用いら
れる公知の反応触媒を適宜に添加することもできる。

このようにして得られた反応生成物，すなわち不飽和ウ
レタン予備重合物は，室温で液状のものが得られるが，
原料の種類によつては固体の場合もある。金型への注入
作業をやりやすくするため，液状で取扱うことが望まし
い。

また目的に応じて，上述のヒドロキシル基含有の不飽和
化合物以外の，公知の鎖延長剤，架橋剤，充てん剤，紫
外線吸収剤，酸化防止剤等，種々の物質を添加すること
もできる。

本発明のプラスチックレンズの製造方法としては，注型
重合法が用いられる。

本発明のプラスチックレンズはウレタン樹脂を素材とす
るものであり、イソシアネート基とヒドロキシル基によ
るウレタン結合を主体とするが，目的によつては，ウレ
タン結合以外にアロハネート結合，ウレヤ結合，ビウレ
ット結合等を含有しても，勿論差しつかえない。

注型成形法について具体的に述べると，イソシアネート
化合物と，ヒドロキシ基含有不飽和化合物とを混合し、
予備的に反応を進行させ（予備重合），通常重合開始剤
を加えて，空気等の溶存ガスを真空脱気した後に，金型
に注入し，ラジカル重合させる方法である。

ラジカル重合における加熱温度は最初比較的低温（たと
えば40〜50℃）で反応を行ない，反応の進行とともに温
度を110℃程度まで上昇させて，ゆつくりラジカル重合
させることが，レンズのひずみを少なくさせる点で好ま
しい。

重合開始剤としては，公知の各種のものを使用できる
が，所望の反応温度に応じて選択すべきである。たとえ
ば,1,1−アゾビスシクロヘキサンカーボネート，ジイソ
プロピルパーオキシカーボネート,1,1′−アゾビスシク
ロヘキサンナイトレートなどが良好である。また、レン
ズとしての機械的性質、加工性（切削性、研磨性な
ど）、染色性、注型を容易にするための低粘度化等の目
的で本発明の樹脂を形成する組成物にはたとえば、ビニ
ルモノマ、重合開始剤、可塑剤、反応希釈剤等種々の化
合物を添加することが可能である。これらを添加できる
量は本発明の組成物に対して40重量％以下であることが
好ましい。

ウレタン樹脂を素材するプラスチックレンズは，市販の
プラスチックレンズに比べて次のような特徴を有してい
る。

1.強靭なプラスチックレンズが得られる。

2.耐衝撃性がすぐれる。

3.無色透明な樹脂が得られる。

4.成形重合時の収縮率が比較的小さい。

5.イソシアネート化合物ならびにヒドロキシ化合物それ
ぞれについて，適宜に選択することが可能であり，これ
によつて光学的特性を自由に調整することができる。

6.重合を容易にコントロールすることができ、さらに
は、注型重合後の離型時におけるレンズの剥離等の問題
がないため、光学的に均一なレンズを得ることができ
る。

本発明のウレタン樹脂を素材とするレンズは，反射防
止，高硬度付与，耐摩耗性，耐薬品性向上，防曇性付与
などの表面改質を行なうため，公知の物理的あるいは化
学的方法を施すことが可能である。

以下実施例により本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 4,4′−ジフエニルヘキサメタンジイソシアネート100g
とヒドロキシエチルメタクリレート99gを，下記に述べ
る手順で操作し，ガラスの母型内で注型重合反応を行な
い，プラスチックレンズを作製した。

操作手順 （１） イソシアネート化合物（4,4′−ジフエニルメ
タンジイソシアネート）と，水酸基含有ビニルモノマ
（ヒドロキシエチルメタクリレート）を，フラスコ内に
入れて90〜100℃で撹拌しながら加熱を続け，ウレタン
不飽和化合物を調製する。

（２） この反応液に重合開始剤を加え，均一に混合す
る。

（３） 減圧下に脱泡を行ない，揮発成分や空気を除去
する。

（４） 必要に応じて加熱して粘度を調製し，ガラスの
母型内に注入する。ガラス面は予め疎水化する法や離型
剤を塗布する方法などで，ウレタン樹脂からのはく離を
容易にする処理を施す。またガスケットとしては，通常
使用されている塩化ビニルや酢酸ビニルのポリマ系も使
用できるが，シリコーンゴム系のものが好ましい。

（５） 減圧下に脱泡しながら加熱を続け，レンズ形状
に重合させて製造する。

上記のウレタン不飽和化合物の調製に際して，反応温度
90℃で10時間加熱した。NCO基とOH基との反応は，加熱
時間６時間で約90％,10時間加熱で95％以上に達した。

得られたウレタン不飽和化合物は,90℃では液状である
が，室温では固化する。したがつて,60〜70℃に加熱し
て，液状下に重合開始剤を添加し，均一に溶解させた。
重合開始剤としては，比較的分解温度が高い1,1′−ア
ゾビスシクロヘキサンナイトレートを使用し，ウレタン
不飽和化合物に対し0.2％を添加した。

ガラスの母型内に注入した後,125℃まで昇温し,48時間
加熱して付加重合を行なつた。その後徐冷してガラス母
型からはずしてレンズが得られた。

レンズ特性は第１表に示すように無色透明な外観を有
し，著しく強靭である。屈折率▲ｎ²⁰ _D▼＝1.52,アツベ
数52であつた。Ｗ−Ｏ−Ｍ試験での紫外線照射による黄
変性も実用上問題が無かつた。切削作業性も良好ですぐ
れた度つきレンズが得られた。

実施例２ イソシアネート化合物として，ヘキサメチレンジイソシ
アネート100g,水酸基含有不飽和化合物としてエチレン
グリコールモノアリルエーテル12／ｇを使用し,90℃で
６時間反応させてウレタン不飽和化合物を調製する。

この液状物中に重合開始剤として1,1′−アゾビスシク
ロヘキサンナイトレートを0.2％添加して均一に混合し
た後，十分に脱泡を行ない，ガラスの母型に注入した。

減圧下に脱泡しつつ130℃で20時間加熱を続け，冷却
後，ガラス母型から取りはずすと，第１表に示すように
無色透明なきわめて強靭なレンズが得られた。

実施例３ 2.4−／2.6−（80／20）トリレンジイソシアネート100g
とアリルアルコール67gを90℃で15時間反応させて，ま
ずウレタン不飽和化合物を調製する。

これに重合開始剤としてクメンハイドロパーオキサイド
を0.5％添加し，均一に混合した後，十分に脱泡を行な
い，ガラスの母型に注入した。

減圧下に脱泡しつつ,110℃で24時間加熱を行ない，第１
表に示すように無色透明なレンズが得られた。

比較例１ プラスチックレンズとして市販されているジエチレング
リコールビスアリルカーボネート重合体（CR−39）なら
びにPMMA（メタクリル酸メチル重合体）を選び同様にし
て評価した。結果を第１表に示す。

市販品に比べて，本発明によるウレタン樹脂素材は，強
靭で，耐熱性・耐衝撃性を備えていることが認められ
る。

比較例２ 実施例１で用いた4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイ
ソシアナート100gとヒドロキシエチルメタクリレート99
gに1,1′−アゾビスシクロヘキサンナイトレートを0.4g
加え、充分に撹拌混合後、減圧下で脱泡した。

手早くガラス製のレンズ母型内に注入し、50℃で５時
間、90℃で１時間、125℃で48時間重合した。

常温まで徐冷後、プラスチックレンズをガラス製母型か
ら取りはずそうとしたが、ガラスとプラスチックレンズ
の密着性が高く、ガラス製母型の一部が破損してプラス
チックレンズ側に剥離した。また、プラスチックレンズ
には顕著な光学ひずみがみられた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イソシアネート化合物とヒドロキシ基含有
   不飽和化合物とをウレタン結合により予備重合させた
   後、金型に注入しラジカル重合させることを特徴とする
   屈折率 ▲ｎ^20゜C _D▼＝1.45〜1.70 を満足するプラスチックレンズの製造方法。