TWI391350B - 適用於研磨有機聚合物系眼科基材之漿料組成物及方法，以及眼科鏡片 - Google Patents

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Description

適用於研磨有機聚合物系眼科基材之漿料組成物及方法，以及眼科鏡片
本發明係關於一種適用於研磨有機聚合物系眼科基材之漿料組成物及方法。
已知有許多種漿料組成物可用於研磨有機聚合物系眼科基材。此類前行技藝的漿料組成物通常是由分散在去離子水和/或其它液體中的研磨粒子所組成。常用的研磨粒子包括，例如氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、氧化錫、二氧化矽和氧化鈦。氧化鋁漿料最常被用於研磨有機聚合物系眼科基材，例如碳酸烯丙基二乙二醇酯，其在此領域中常被稱為CR－39，以及其它更高折射率的聚碳酸酯樹脂。
當使用單由分散在去離子水中的氧化鋁研磨粒子所組成的漿料組成物來研磨有機聚合物系眼科基材時，可得到令人滿意的表面品質，但是研磨的效率卻不佳(亦即去除速率低)。此種漿料組成物的研磨效率可以藉著使用明顯較大的氧化鋁粒子而得到改善，但這又會造成表面品質無法令人滿意(亦即刮痕、坑洞記號、橘皮狀缺陷)。
越山(Koshiyama)等人在美國專利4,225,349中揭露了一種由分散在去離子水中之高溫氧化鋁(氧化鋁粒子)和鋁鹽研磨加速劑所構成的研磨組成物，其可加速去除CR－39基材而不會破壞表面品質。越山等人所指出的較佳研磨加速劑為硝酸鋁。
CR－39，折射率約為1.498，已主佔有機聚合物系眼科基材市場多年。然而，近年來已開發出折射率更高的有機聚合物系眼科基材，這些更高折射率的基材在眼科鏡片市場上已變得愈來愈盛行。折射率較高的基材在眼科鏡片應用上可提供數項優於CR－39的明顯優點。例如，由折射率1.586的聚碳酸酯基材所製成的鏡片與CR－39所製成的鏡片相比，其較薄且重量也較輕，並且還可提供更好的耐衝擊性。這還使得聚碳酸酯系眼科基材更適合用來製造孩童、活躍成人所配戴的眼鏡，以及用於製造安全眼鏡。一般而言，折射率愈高，眼科鏡片會愈薄且愈輕。更高折射率的有機聚合物系眼科鏡片基材可使得眼鏡的製造變得具機能性和流行性，並且消除低折射率鏡片常見的"球根狀"或是厚"可樂瓶"的外觀。
即使是有傳統的加速劑(如硝酸鋁)的存在，已知用於研磨CR－39的漿料組成物並無法提供所需的研磨效率。因此需要一種能提供高去除效率的漿料組成物，特別是對高折射率之有機聚合物系眼科基材。
本發明提供了一種適用於研磨有機聚合物系眼科基材之漿料組成物及方法。用本發明之漿料組成物及方法來研磨高折射率之聚合物系眼科基材，可以比傳統漿料組成物所可達到的研磨效率及表面品質還要更好。本發明之漿料組成物包含研磨粒子和吡咯烷酮化合物的水性分散液。研磨粒子可以是氧化鋁、氧化鋯、二氧化矽、氧化鈦或是上述物質的組合。本發明之漿料組成物可以用來研磨所有種類的有機聚合物系眼科基材，但特別適合用來研磨折射率大於1.498的有機聚合物系眼科基材，因為它們與傳統的漿料組成物相比，可以更有效的移除此種材料，而不會對所得表面的品質造成不利的影響。
本發明的前述和其它特色將在下文中做更詳細完整的敍述，並且特別在專利申請範圍中明確指出，以下的描述內容會更清楚的提出本發明的特定說明實施實例，然而，這些只是本發明原理可能被使用之各種方法中一小部分代表性的例子。
發明詳述
在本專利申請書及申請專利範圍中，所謂的"有機聚合物系眼科基材"係指用來製造眼鏡鏡片和其它視力元件的有機熱固性或熱塑性聚合材料。在此定義下，其包括聚碳酸酯材料，如碳酸烯丙基二乙二醇酯聚合物，一般稱為CR－39，以及其它用來製造眼科鏡片的熱塑性有機聚合物樹脂。無機玻璃和無機晶系基材不包括在此定義之內。所謂的"高折射率有機聚合物系眼科基材"係指折射率大於1.498的那些有機聚合物系眼科基材，而1.498是此領域中已知碳酸烯丙基二乙二醇酯聚合物(如CR－39)的折射率。大多數有機聚合物系眼科基材的製造商都將他們的眼科基材的特別組成視為其專有的資訊。申請人並不清楚這些材料的特別組成，但是大約瞭解此類基材是屬於如聚碳酸酯、聚胺基甲酸乙酯、包括聚丙烯酸酯和環氧化物的聚酯、聚丙烯醯胺和聚碸之類的聚合物系。這些有機聚合物系可以是均聚物或是共聚物，並且許多是與其它有機和無機化合物交聯和/或共聚合。大多數為熱鑄型。
本發明的漿料組成物可以被用來研磨所有的有機聚合物系眼科基材，但是特別適合用於研磨高折射率的有機聚合物系眼科基材。如所附實施實例中所示，本發明的漿料組成物與傳統的漿料組成物相比，可對於高折射率的有機聚合物系眼科基材提供更高的研磨效率。此外，本發明的漿料組成物對於傳統的聚碳酸酯材料(如CR－39)也可提供類似的研磨效率。在所有的應用方面，本發明之漿料組成物可提供不錯的表面品質。
本發明之漿料組成物較好是包括一種由研磨粒子和吡咯烷酮化合物所構成的水性分散液。這些研磨粒子必須選自由氧化鋁、氧化鋯、二氧化矽、氧化鈦和上述物質組合所構成的組群。這些研磨粒子可以摻雜或內含少量的其它元素。研磨料一般是以高溫鍛燒的方式製造，但是也可以用其它方法來製造。目前最適合用於本發明的是鍛燒的氧化鋁研磨粒子。
用於本發明之研磨粒子的粒徑較好是介於約0.01微米到約4.0微米的範圍內，又以介於約0.05微米到約2.5微米的範圍內為更佳，尤以介於約1.0微米到約2.5微米的範圍內為最佳。研磨粒子較好是構成漿料組成物的約5重量%到約40重量%，又以構成漿料組成物的約10重量%到30重量%為佳。
用於本發明的較佳吡咯烷酮化合物為聚乙烯吡咯烷酮("PVP")。用於本發明漿料組成物之PVP的重量平均分子量較佳係介於約3,000到約60,000的範圍內，又以約10,000到約50,000之間為更佳。重量平均分子量介於這些範圍內的PVP很容易自許多化學品供應商取得。
值得注意的是，吡咯烷酮化合物並不必然是PVP。也可以使用其它的吡咯烷酮化合物，如N－辛基－2－吡咯烷酮、N－十二烷基－2－吡咯烷酮、N－甲基－2－吡咯烷酮、N－乙基－2－吡咯烷酮、N－羥乙基－2－吡咯烷酮、N－環己基－2－吡咯烷酮、N－丁基－2－吡咯烷酮、N－己基－2－吡咯烷酮、N－癸基－2－吡咯烷酮、N－十八烷基－2－吡咯烷酮、N－十六烷基－2－吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮的共聚物，以及上述化合物的組合。聚乙烯己內醯胺可以用來做為吡咯烷酮的替代選擇。
吡咯烷酮化合物在漿料組成物中的含量較好是介於約0.025重量%到約5重量%之間，又以介於約0.15重量%到約4.0重量%之間為更佳。當傳統的加速劑(如硝酸鋁)也存在時，吡咯烷酮化合物對於增加高折射率有機聚合物系眼科基材之去除效率的有效性並不會減損。
硝酸鋁是一種已知用於折射率為1.498之基材的研磨效率加速劑。硝酸鋁可用於本發明的漿料組成物，而不會對高折射率有機聚合物系眼科基材所可提供的效率改善造成負面的影響。當硝酸鋁用於本發明的漿料組成物中時，它的含量較佳為介於約0.25重量%到4.0重量%的範圍內，又以介於約0.5重量%到約3.0重量%為更佳。
如同在此領域中所知，膠體狀的氫氧化鋁可以被用來做為氧化鋁研磨粒子的懸浮劑。當有膠體狀的氫氧化鋁存在時，以佔漿料重量約0.49%到約1.47%之間為較佳，又以佔漿料重量約0.735%到約1.225%之間為更佳。
較好是也使用一種消泡劑，如經矽氧烷改質處理的燻矽。這種類型的消泡劑在此領域中已為人所知，並且可由許多不同的供應商取得。消泡劑的一般含量為約0.025重量%到約0.30重量%，又以約0.025重量%到約0.10重量%為更佳。
本發明之漿料組成物較好本質上為水性，意味著漿料的各別組份皆可分散於去離子水中。然而，也可以使用其它的液體研磨介質。
界面活性劑、殺微生劑、pH調整劑、pH緩衝劑、流變改質劑和其它化合物也可以出現在漿料組成物中，只要它們不會與研磨粒子和/或吡咯烷酮化合物進行不好的反應，進而對於研磨漿料的效率產生負面的效應，或者是在研磨過程中對所產生的最終表面品質造成不利的影響即可。
以下的實施例僅係用來說明本發明，不應被解釋為對本發明申請專利範圍所設下的限制。
實施例
在以下的實施例中，除非特別提及，所指的"氧化鋁"乙詞係指平均粒徑為約1.0微米到約2.5微米的鍛燒氧化鋁。"氫氧化鋁"乙詞係指分散在水中的膠體狀氫氧化鋁(~90奈米軟水鋁石)，但在表中所記載的是乾重當量。"硝酸鋁"乙詞則是指溶解在水中的硝酸鋁溶液，但在表中所記載的是乾重當量。"消泡劑"乙詞係指經矽氧烷改質處理的燻矽。"PVP－3,500 Mw"係指重量平均分子量約為3,500的聚乙烯吡咯烷酮聚合物。"PVP－10,000 Mw"係指重量平均分子量約為10,000的聚乙烯吡咯烷酮聚合物。"PVP－29,000 Mw"係指重量平均分子量約為29,000的聚乙烯吡咯烷酮聚合物。"PVP－55,000 Mw"係指重量平均分子量約為55,000的聚乙烯吡咯烷酮聚合物。
在以下實施例中所測試的有機聚合物系眼科基材主要係考量它們的折射率。有機聚合物系眼科基材的特殊組成物被製造商視為私有財產，申請者並無法知悉。"折射率1.498"乙詞係針對有機聚合物系眼科基材(應由碳酸烯丙基二乙二醇酯聚合物所構成)，其可獲自美國佛羅里達州彼得堡的Essilor公司產品CR－39。"折射率1.55"係針對有機聚合物系眼科基材(應由乙烯烯丙酯寡聚物所構成)，其可獲自加州Torrance的Younger Optics公司所販售的EASY－LITE 1.55。"折射率1.586"係針對有機聚合物系眼科基材(應由聚碳酸酯聚合物所構成)，其亦可獲自美國Essilor公司。"折射率1.60"係針對有機聚合物系眼科基材(應由聚胺基甲酸乙酯聚合物和硫的摻合物所構成)，其可獲自美國Essilor公司Silor分部的產品THIN & LITE 1.60。"折射率1.74"係針對有機聚合物系眼科基材(應由聚胺基甲酸乙酯/硫摻合物或者是聚胺基甲酸乙酯/聚碸摻合物所構成)，其可獲自日本東京Miki株式會社的產品1.74 HI INDEX。
實施例1
依表1中所示重量%的數量將各種組份混合在一起，分別製得漿料1A到1E。在配製好這些漿料之後，量測其pH值及黏度，所得的數值記載於下表1中。以新鮮用量的各種漿料配方來研磨表1"去除速率"欄位中所列的有機聚合物系眼科基材。有機聚合物系眼科基材係分別以裝有碗型漿料儲槽的Coburn 505光學研磨機來進行研磨。研磨墊為佛羅里達Odessa的PSI公司製造的SHAWSHEEN 349－7頂級黃色研磨墊。光學研磨機的設定壓力為20.0 psi，轉速為742 RPM。儲槽安裝了一個小型的循環泵。在每一次研磨測驗中，漿料儲槽皆裝有2000克新鮮的漿料供應量。漿料係以4.54升/分鐘的流速進行循環迴流。在每一次整個研磨實驗中，將漿料冷卻至10到15℃的範圍內。在研磨週期之間未再將基材予以細磨。研磨效率係藉由量測每一個基材在每一次研磨週期之後的重量損失來決定，並且記載於表1，其係以每6分鐘週期所損失的重量毫克數來表示。表1中所記載的重量損失數值係將每一個基材研磨三次，接著再將三次研磨操作的重量損失予以平均而得。
與不含任何聚乙烯吡咯烷酮的漿料1A和含有傳統已知之氧化鋁研磨加速劑(硝酸鋁)的漿料1B相較，包含0.5重量%聚乙烯吡咯烷酮的漿料1C、1D和1E會展現出更高的研磨效率。漿料1C、1D和1E也說明了使用各種不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮亦有提高研磨效率的效果。
實施例2
依表2中所示重量%的數量將各種組份混合在一起，分別製得漿料1F到1I。在配製好這些漿料之後，量測其pH值及黏度，所得的數值記載於下表2中。利用實施例1中所述的相同程序和研磨設備，以新鮮用量的各種漿料配方來研磨有機聚合物系眼鏡鏡片基材。研磨速率去除效率記載於下表2中： "X"代表未取得測試數據
與實施例1之漿料1A和1B所得之研磨效率相比，漿料1F使用含量為0.025重量%及重量平均分子量為10,000的聚乙烯吡咯烷酮可分別對折射率1.586和折射率1.74之基材的研磨效率中度提昇。然而，在相同的含量之下，其對於折射率1.55和折射率1.60之基材的研磨效率卻無法提昇。在漿料1G中，聚乙烯吡咯烷酮的含量被提高至0.15重量%。漿料1G僅被用來研磨折射率1.55和折射率1.60的基材，其結果顯示可提高此種基材的研磨效率。漿料1G、1H和1I對於所有折射率高於1.498的基材而言，其分別皆可提供較高的研磨效率。
實施例3
依表3中所示重量%的數量將各種組份混合在一起，分別製得漿料2A、2B和2C。在配製好這些漿料之後，量測其pH值及黏度，所得的數值記載於下表3中。利用實施例1中所述的相同程序和研磨設備，以新鮮用量的各種漿料配方來研磨有機聚合物系眼鏡鏡片基材。研磨速率去除效率記載於下表3中：
與不含研磨加速劑的漿料2A及含有傳統用量之傳統硝酸鋁研磨速率加速劑的漿料2B相比，可以很清楚的看出，含有聚乙烯吡咯烷酮的漿料2C對於折射率高於1.498的基材具有更佳的研磨效率。
實施例4
依表4中所示重量%的數量將各種組份混合在一起，分別製得漿料3A、3B和3C。在配製好這些漿料之後，量測其pH值及黏度，所得的數值記載於下表4中。利用實施例1中所述的相同程序和研磨設備，以新鮮用量的各種漿料配方來研磨有機聚合物系眼科基材。研磨速率去除效率記載於下表4中：
與不含研磨加速劑的漿料3A及含有傳統硝酸鋁研磨速率加速劑的漿料3B相比，可以很清楚的看出，含有聚乙烯吡咯烷酮的漿料3C對於折射率高於1.498的基材具有更佳的研磨效率。
實施例5
依表5中所示重量%的數量將各種組份混合在一起，分別製得漿料4A和4B。在配製好這些漿料之後，量測其pH值及黏度，所得的數值記載於下表5中：
分別使用漿料4A(申請者目前最偏好使用的漿料配方)、漿料4B(不含PVP的對照漿料)和傳統的市售塑膠鏡片研磨漿料PRAXAIR H－Al(pH 3.3；黏度50＋厘泊)來研磨"折射率1.498"和"折射率1.586"的基材(鏡片)。所有的鏡片皆係在LOH Optical TORO－X2研磨機上研磨。研磨墊為佛羅里達Odessa的PSI公司製造的SHAWSHEEN 349－7頂級黃色研磨墊。研磨機的設定為0.35巴的壓力值及908 RPM。每一次實驗使用4000克的漿料。每一種漿料係容納於兩加侖的容器中，其裝有用來使漿料由研磨室循環回送至漿料容器的高速攪拌機/泵。漿料係以每分鐘1.0加侖的流速循環。在每一次整個研磨實驗中，漿料皆被冷卻至10到15℃的溫度範圍。在研磨週期之間並未再添加額外的研磨漿料以補償因研磨進行所導致的漿料損失。研磨效率係藉由量測每一副鏡片在每一次研磨週期的平均重量損失來決定，並且記載於表6，其係以每6分鐘週期所損失的重量毫克數來表示。藉由分別研磨10副折射率1.498和折射率1.586之鏡片來評估漿料的研磨效率。研磨週期係以折射率1.498的基材和折射率1.586的基材交替進行。在研磨週期之間未再將基材予以細磨。
實施例5說明了含有吡咯烷酮化合物的漿料A比漿料B(除了不含PVP之外，與漿料A配方相同)和市售的塑膠鏡片研磨漿料具有更高的研磨效率，無論是對於折射率1.498和折射率1.586的基材皆是一致的結果。
習於本技藝者必能很容易地發現本發明的其它優點及調整方式。因此，本發明應以廣義的角度來看，並不限於文中所顯示及敍述的特定細節及解釋用的實施例。因此，可以做各種調整而不會偏離如申請專利範圍和其等效範圍中所揭示之一般發明概念的精神和範疇。

Claims (20)

  1. 一種研磨有機聚合物系眼科基材之方法，其包含：提供一種漿料組成物，其係由以下成份之水性分散液所構成：研磨粒子，選自由氧化鋁、氧化鋯、二氧化矽和氧化鈦所構成的組群；和吡咯烷酮(pyrrolidone)化合物和/或聚乙烯己內醯胺；以及將此漿料組成物置放於研磨墊和有機聚合物系眼科基材之間；以及以研磨墊和此漿料來研磨有機聚合物系眼科基材，以去除有機聚合物系眼科基材的表面部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中有機聚合物系眼科基材為高折射率的有機聚合物系眼科基材。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中研磨粒子的平均粒徑為約0.01微米到約4.0微米之間。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中研磨粒子的平均粒徑為約1.0微米到約2.5微米之間。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在漿料組成物中的吡咯烷酮化合物係由重量平均分子量為約3,000到約60,000之間的聚乙烯吡咯烷酮所構成。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中在漿料組成物中的 吡咯烷酮化合物係由重量平均分子量為約10,000到約50,000之間的聚乙烯吡咯烷酮所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中吡咯烷酮化合物構成約0.025重量%到約5重量%的漿料組成物。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中吡咯烷酮化合物構成約0.15重量%到約4重量%的漿料組成物。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中吡咯烷酮化合物包含一種以上選自由N-辛基-2-吡咯烷酮、N-十二烷基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-羥乙基-2-吡咯烷酮、N-環己基-2-吡咯烷酮、N-丁基-2-吡咯烷酮、N-己基-2-吡咯烷酮、N-癸基-2-吡咯烷酮、N-十八烷基-2-吡咯烷酮、N-十六烷基-2-吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮的共聚物，及上述化合物的組合所構成的組群。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中研磨粒子基本上是由氧化鋁所構成。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中在漿料組成物中的吡咯烷酮化合物係由重量平均分子量為約10,000到約50,000之間的聚乙烯吡咯烷酮所構成。
  12. 一種由有機聚合物系眼科基材所構成的眼科鏡片，該基材具有依如申請專利範圍第1項之方法進行研磨的表面。
  13. 如申請專利範圍第12項之眼科鏡片，其中有機聚合物系眼科基材為高折射率的有機聚合物系眼科基材。
  14. 一種用於研磨有機聚合物系眼科基材之漿料組成物，其基本上包含研磨粒子、吡咯烷酮化合物和/或聚乙烯己 內醯胺，以及選用的硝酸鋁、懸浮劑和消泡劑，分散在去離子水中。
  15. 如申請專利範圍第14項之漿料組成物，其中研磨粒子基本上是由氧化鋁所構成。
  16. 如申請專利範圍第15項之漿料組成物，其中氧化鋁研磨粒子的平均粒徑為約0.01微米到約4.0微米之間。
  17. 如申請專利範圍第14項之漿料組成物，其中在漿料組成物中的吡咯烷酮化合物係由重量平均分子量為約3,000到約60,000之間的聚乙烯吡咯烷酮所構成。
  18. 如申請專利範圍第14項之漿料組成物，其中吡咯烷酮化合物構成約0.025重量%到約5重量%的漿料組成物。
  19. 如申請專利範圍第18項之漿料組成物，其中吡咯烷酮化合物構成約0.15重量%到約4重量%的漿料組成物。
  20. 如申請專利範圍第14項之漿料組成物，其中吡咯烷酮化合物包含一種以上選自由N-辛基-2-吡咯烷酮、N-十二烷基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-羥乙基-2-吡咯烷酮、N-環己基-2-吡咯烷酮、N-丁基-2-吡咯烷酮、N-己基-2-吡咯烷酮、N-癸基-2-吡咯烷酮、N-十八烷基-2-吡咯烷酮、N-十六烷基-2-吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮的共聚物，及上述化合物的組合所構成的組群。
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