LENTES DE CRISTAL TRANSPARENTES DE TONO FIJO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere a lentes de cristal transparentes de tono fijo y, más particularmente, se refiere a una lente de tono fijo, derivada a partir de una composición de silicato alcalino que contiene altas concentraciones de colorantes y espesores de entre aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 1,8 mm. Descripción de la técnica Las lentes transparentes de tono fijo se han comercializado en gafas de sol durante mucho años por muchas compañías diferentes. Por ejemplo, la cesionaria de la presente solicitud ha comercializado lentes de cristal de 2,2 mm de espesor vendidas bajo la marca registrada G-15 desde los años 1940. Estas lentes proporcionan la visión de color real de una lente gris neutral y están típicamente atemperadas al aire para mejorar su resistencia al impacto. Las lentes G-15 son conocidas por su color único que proporciona visión de color real equivalente esencialmente a una lente neutral
J perfecta, evitando al mismo tiempo, la apariencia opaca y mate de una lente perfectamente neutral. Esto se consigue apartándose ligeramente de una transmisión espectral neutral hacia un verde claro. La transmisión del verde claro se debe a una absorción azul y roja ligeramente más allá de la absorción espectral perfectamente neutral. Esta absorción conduce a un contraste mayor o una vista "más viva" comparada con la vista a través de una lente perfectamente neutral. Muchos de ios usuarios de gafas de sol prefieren esta vista viva en oposición a la vista opaca a veces asociada con lentes grises neutrales convencionales. Es el control preciso de los colorantes en el cristal, a saber, óxidos de metal del Grupo VIII, tales como óxidos de hierro, cobalto y níquel, lo que permite un equilibrio perfecto de neutralidad y color verde. Como resultado, la lente G-15 vivamente gris se ha comercializado con éxito y se venden millones de gafas de sol cada año que contienen estas lentes. Aunque se han comercializado con éxito las lentes de cristal de 2,2 mm de espesor, existen algunos inconvenientes asociados con las lentes de cristal en general. Las lentes para gafas de sol de cristal convendónales tienen un espesor de 2,0 mm hasta más de 2,2 mm de espesor. El peso de las lentes de cristal de este tipo se considera un inconveniente para algunos usuarios de gafas de sol. Un procedimiento para tratar este asunto del peso ha consistido en substituir las lentes de cristal por lentes de plástico, ya que el peso de las lentes de plástico comparables es substancialmente menor que el de sus contrapartes de cristal. Sin embargo, no se ha probado que este procedimiento sea completamente satisfactorio, puesto que las lentes de plástico son mucho más propensas a agrietarse, tienen claridad imperfecta, y ocasionalmente tienen colorantes inesta-" bles. Los intentos para producir una lente de cristal más fina que tenga substancialmente las mismas propiedades ópticas que la presente lente G-15 de 2,2 mm de espesor que utiliza la Ley de Beer convencional para escalar las concentraciones de colorante que no han tenido éxito. Este procedimiento conduce a las lentes de cristal que tiene una transmitancia reducida (demasiado oscuras) y una longitud de onda dominante desplazada hacia el amarillo-verde (demasiado amarillo-verde) . Ahora se han desarrollado lentes de cristal, como se describen aquí, que son más finas que las lentes convencionales, tienen un peso reducido asociado, y son adecuadas para uso como lentes para gafas de sol, o en ciertas aplicaciones, como lentes oftálmicas. Sin embargo, se ha encontrado que estas lentes deben tener concentraciones precisas de colorantes y de agentes de oxidación para conseguir las características visuales deseadas. Las lentes de esta invención tienen un espesor de entre aproximadamente 1,0 mm y aproximadamente 1,8 mm y se derivan a partir de una composición de silicato alcalino que contiene al menos 6,2 % en peso de óxidos de hierro, al menos 0,03 % en peso de óxido de cobalto y al menos 0,12 % en peso de óxido de níquel y un agente de oxidación. Estas lentes tienen preferentemente una transmitancia de no más de 1 % de radiación ultravioleta a 380 nm. Aunque muchas gafas de sol se han comercializado con lentes de cristal de tono fijo, gris neutral, ninguna de estas lentes tiene propiedades ópticas o composiciones similares a las lentes presentes y tienen un espesor de entre aproximadamente 1,0 mm y aproximadamente 1,8 mrn. Por consiguiente, la presente invención se refiere a lentes de cristal finas adecuadas para uso en gafas de sol y lentes oftálmicas de tono fijo que muestran un gris vivo, transmitancia de tono fijo, a diferencia de las r disponibles previamente. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a lentes que tienen substancialmente todas las características ópticas de una lente "gris vivo" tal como la lente G-15 de 2,2 mm de espesor, cuando están terminadas para un espesor de aproximadamente 1,0 mm a* aproximadamente 1,8 mm. Las características del interés particular son el color, el nivel de transmitancia en la región espectral visible y el nivel de transmitancia en la región espectral ultravioleta. Por consiguiente,, la presente invención se refiere a una lente de cristal transparente, de tono fijo, derivada a .partir de una composición de cristal de silicato alcalino que contiene al menos 6,2 % en peso de óxidos de hierro, al menos 0,03 % en peso de óxido de cobalto y al menos 0,12 % de óxido de níquel como los colorantes esenciales en presencia de un agente de oxidación. Estas composiciones de lente de cristal tienen un espesor de entre aproximadamente 1,0 mm y aproximadamente 1,8 mm, preferentemente no transmiten más de 1 % de radiación ultravioleta a una longitud de onda de 380 nm y muestran una transmitancia visual de tono fijo, gris vivo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a lentes transparentes, de cristal de tono fijo, gris vivo que tienen un espesor de entre aproximadamente 1,0 mm y aproximadamente 1,8 mm y que no transmiten preferentemente más de 1 % de radiación ultravioleta a una longitud de onda de 380 nm. La composición del cristal a parir de la que se derivan las lentes son composiciones de silicato alcalino y contienen al menos 6,2 % en peso de óxidos de hierro, preferentemente al menos 6,3 % de óxidos de hierro, al menos 0,03 % de óxido de cobalto y al menos '0,12 % en peso de óxido dé níquel como los colorantes esenciales en presencia de un agente de oxidación adecuado. Aunque pueden emplearse cantidades menores de otros óxidos que tienen propiedades de absorción, la concentración o el efecto de tales óxidos debería limitarse para no tener ningún efecto substancialmente medible sobre la transmitarícia espectral de las presentes lentes. Preferentemente, la composición del cristal estará esencialmente libre de la presencia de colorantes adicionales que tienen un efecto medible sobre la transmitancia espectral. En una forma de realización preferida de la presente invención, la lente de cristal tiene un espesor de entre aproximadamente 1,0 mm y aproximadamente 1,8 mm, una transmitancia de no más de 1 % de radiación ultravioleta a una longitud de onda de 380 nm y una composición, expresada en términos de porcentaje en peso sobre una base de óxido, que consta esencialmente de:
SlO, 65 , 0 % 72 , 0 % A1203 0 % 2 % Na20 5 % 15 % K20 5 % 10 % ZnO 4 % 8 % B2°3 0 % 6 % Fe203 6 , 2 % 9 , 0 % Co304 0 , 03 % 0 , 06 % NiO 0 , 12 % 0 , 30 % As203 0 , 1 % 0 , 5 %
Debería entenderse que las concentraciones de óxidos de metal individuales, y particularmente los colorantes de óxidos de hierro, óxido de níquel y óxido de cobalto varían dependiendo del espesor final de la lente. Por ejemplo, para mantener la transmitancia * equivalente, las lentes más finas requieren una concentración mayor de colorantes dentro de los intervalos descritos anteriormente. La tabla I indica composiciones de cristal
(coladas experimentales) de lente de 1,8 mm y 1,0 mm de la presente invención antes de la atemperización química. Las composiciones se expresan en términos de partes en peso sobre la base de óxido. Los ingredientes reales del lote pueden constar de cualesquiera materiales, que, cuando se funden juntos, se convertirán en los óxidos deseados en proporciones apropiadas. En la preparación de las composiciones de cristal (coladas experimentales) como se muestra en la Tabla 1, los ingredientes del lote se pesaron, se trituraron en un molino de bolas para obtener una mezcla homogénea, y luego se cargaron en un crisol de platino que se colocó en un horno a aproximadamente 1450°C durante aproximadamente 4 horas para fundir los ingredientes. Después de la terminación de la fundición, se usó un agitador de platino para mezclar la mezcla para asegurar homogeneidad durante aproximadamente 4 horas adicionales. Cada composición de colada se moldeó entonces en un molde de acero para producir placas rectangulares y se recocieron por refrigeración a una velocidad controlada. Las muestras se cortaron de las placas de cristal recocidas, se rectificaron y se pulieron hasta el espesor deseado y se midió la transmitancia espectral de cada muestra en un espectrofotómetro. Se calcularon los coordinados de color Hunter a partir de las mediciones espectrofotométricas. Como será evidente para los técnicos en la materia, la descripción anterior se refiere a una colada de laboratorio y a un proceso de formación (coladas experimentales) . Las composiciones de"cristal que cumplen con los parámetros y requisitos de la presente invención pueden prepararse fácilmente en grandes cantidades usando
, tanques de fusión de cristal y equipo y técnicas de formación de cristal convencionales, que son bien conocidos. El color y la transmitancia luminosa de la lente de cristal G-15 atemperada al aire de 2,2 mm de espesor se han cuantificado a través del esquema de medición conocido para especificar las especificaciones de la lente para la lente gris vivo de esta invención. La transmitancia luminosa es la transmitancia visible percibida asociada con claridad u oscuridad como se define por CIÉ (1931) . Los coeficientes Hunter definen el color en términos de amarillo-azul (factor-a) y rojo- verde (factor-b) . El esquema es útil para caracterizar las características de transmitancia y color, ya que se conoce bien que una esfera de espacio de color definida por a, b y la transmitancia luminosa con un radio igual a uno representa el espacio dentro el cual el observador medio no puede distinguir diferencias de color y transmi- tancia. Se ha encontrado que las lentes dentro de una esfera de radio 4 muestran las características deseadas. La lente G-15 atemperada al aire de 2,2 mm de espesor tiene una transmitancia luminosa (Y) de 14,5 %, un valor Hunter "a" de -5,5, un valor Hunter "b" de 5,2. La condición para alcanzar una lente gris viva es:
AE < 4 cuando:
AE [(14,5 - Y) (0,93)]/ + [-5,5 - a]2 [5,2-b]'
De esta manera, las presentes lentes tendrán un valor "Y" de entre 10,2 y 18,8, un valor "a" de entre -1,5 a -9,5 y un valor "b" de entre 1,2 y 9,2, a condición de que AE < 4. El objetivo para transmitancia de radiación ultravioleta a 380 nm (T380) se ajustó a no más de 1 % para representar la eliminación esencial de la 'radiación ultravioleta en la forma de realización aplicada. Se encontró que la transmitancia luminosa de lentes de cristal del tipo G-15 disminuye después de la ate perización al aire y el color se vuelve más amarillo- verde. De interés particular es el efecto de atemperización al aire sobre la transmitancia ultravioleta como se cuantifica por la transmitancia a 380 nm (T380) • La T3e0 disminuye en un factor de aproximadamente tres después de atemperización al aire. Esto es ventajoso a la vista de la preocupación sobre la luz ultravioleta para la salud, que es una causa que contribuye a las cataratas. Sin embargo, los procesos de atemperización al aire no se emplean generalmente con las lentes de esta invención. Es preferible usar un proceso de atemperización química, ya que los procesos de atemperización al aire no proporcionan generalmente los requisitos de resistencia al impacto deseados para lentes que tienen un espesor de menos de 2,0 mm. Por, consiguiente, los procesos de atemperización química convencionales, es decir, baños de nitrato alcalino fundido, se usan con las lentes de esta invención. Aunque la atemperización al aire reduce la T380 para las lentes de 2 , 2 mm de espesor, la atemperización química aumenta la T380 para lentes más finas. Para obtener la transmitancia ultravioleta limitada preferida, es necesario compensar este efecto de atemperización química antes de la atemperización. Para adaptarse al 1 % de T380 máximo en la lente atemperada, es necesario mantener un máximo de 0,7 % a T380 en la composición de cristal no atemperada. Preferentemente, para alcanzar una T380 de no más de 1 %, la composición de cristal no atemperada debería tener una T380 de no más de 0,7 %. Los óxidos de hierro están generalmente presentes en las composiciones de cristal en dos formas,
' es decir, hierro trivalente (Fe3+) e hierro divalente
(Fe2+) . Se cree que el hierro trivalente reduce en primer lugar la transmitancia en las regiones ultravioletas y en las regiones espectrales azules, mientras que se cree que el hierro divalente reduce en primer lugar la transmitancia en las regiones espectrales rojas e infrarrojas. La concentración aumentada de hierro trivalente tiende a hacer al cristal más amarillo-verde, mientras que las concentraciones aumentadas de hierro divalente tienden a hacer el cristal más azul-verde. La relación de hierro divalente a trivalente se ve influida por varios factores que incluyen la concentración de óxido (s) de hierro total (es), la atmósfera que rodea a la colada, la temperatura a la .que se lleva a cabo la colada, y otros componentes en la colada que pueden ser activos en las reacciones de reducción/oxidación. El óxido arsénico funciona en las composiciones de cristal como un agente de oxidación, así como un agente de pulido y se ha mostrado que tiene una influencia sobre el nivel de transmitancia. Se ha mostrado que la presencia de óxido arsénico tiene como resultado una relación incrementada de hierro trivalente a divalente, por lo que se reduce la transmitancia ultravioleta a 380 nm. Los ejemplos #7 y #8 en la Tabla I muestran el efecto de dos niveles de óxido arsénico. El cristal con más óxido arsénico (Ejemplo #8) tiene una T380 menor y es más amarillo-verde que el del Ejemplo #7. Aunque el óxido arsénico es el agente de oxidación más preferido, pueden emplearse otros agentes de oxidación que incluyen, pero no se limitan a nitratos y óxidos de antimonio, tales como nitratos alcalinos. 1 El cálculo por la Ley de Beer de la concentración de colorantes necesarios paira proporcionar la transmitancia equivalente a la lente G-15 de 2,2 mm en la lente más fina no es efectivo cuando se aplica a los óxidos de colorantes. Se ha encontrado que las concentraciones que se calcularon para proporcionar el color deseado en la lente más fina usando la Ley de Beer se aparta significativamente de la transmitancia deseada. Para alcanzar el color y la transmitancia requeridos en las lentes finas, se incrementa la concentración de óxidos de hierro, cobalto y níquel para oscurecer (disminuir la transmitancia luminosa) la composición del cristal. La extrapolación de la Ley de
Beer del nivel de óxidos de hierro da como resultado una composición de cristal que es demasiado oscura. La composición de cristal puede fabricarse más clara (transmitancia luminosa incrementada) disminuyendo la concentración de óxidos de hierro. Sin embargo, la disminución de la concentración de óxidos de hierro incrementará la T380, a medida que el cristal se vuelve más claro. La T380 inferior se restablece con la adición de óxido arsénico como se describe anteriormente. La concentración de óxido de níquel , se incrementa para compensar un color que es demasiado amarillo-verde o se disminuye para compensar un color que es menos amarillo- verde. La concentración de óxido de cobalto se incrementa para compensar un color que es demasiado rojo o se disminuye para compensar un color que es demasiado azul. Mientras que la concentración de cualquier colorante tenderá a hacer más claro el cristal, los colorantes y el óxido arsénico deben combinarse en las concentraciones precisas descritas aquí para proporcionar el color, la transmitancia y la T380 deseados. Para obtener la transmisión espectral preferida de las presentes lentes, la relación en peso de óxidos de hierro con respecto al óxido de cobalto debería ser desde aproximadamente 1:140 hasta aproximadamente 1:250. La relación de óxido de hierro con respecto a óxido de níquel debería ser desde aproximadamente 1:25 hasta
" aproximadamente 1:50. La relación de óxido de níquel con respecto a óxido de cobalto es preferentemente desde aproximadamente 1:3,5 hasta aproximadamente 1:5. Se han descrito los intervalos críticos de los colorantes de óxidos de hierro, níquel y cobalto y del óxido arsénico. Los otros componentes del cristal pueden modificarse significativamente como se conoce por un técnico en la materia con tal de que la concentracion.de colorantes y oxidantes alcance la misma transmitancia y . color. Por ejemplo, pueden estar presentes en el cristal otros componentes distintos a óxidos de hierro, cobalto y níquel para realizar funciones normales y convencionales. -El Si02, es el formador de la red o "columna vertebral" del cristal. El A1203 juega un papel que extiende el del Si02 como formador de la red aunque no se usa normalmente solo en este papel. Na20 y K20 ayudan a proporcionar fluidez suficiente en la colada del cristal para permitir una homogeneización efectiva. Aunque Na20 o K20 por sí solos pueden proporcionar la fluidez necesaria, mezclando los dos resulta una colada que cambia más gradualmente desde un líquido a un sólido y es por lo tanto más fácil para formar piezas brutas de lentes. El ZnO modifica la estructura del cristal y proporciona buena resistencia a las sustancias químicas. Puede substituirse fácilmente por CaO o MgO sin cambiar substancialmente el cristal resultante. As203, además de su papel en la transmitancia visible y ultravioleta, juega un papel como "agente de pulido", es decir, ayuda en la eliminación de burbujas. Aunque se han ilustrado y descrito aquí completamente formas de realización^ preferidas de la presente invención, será evidente y se entenderá por los técnicos ordinarios en la materia que se pueden realizar cambios y modificaciones aquí sin apartarse del espíritu o el ámbito de la invención. Se entiende que no se pretende limitar esta invención por las formas de realización y las figuras que se indican aquí, sino que se incluirán todas las modificaciones, variaciones y equivalentes que caigan dentro del ámbito de las reivindicaciones anexas.
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