TWM532572U - 眼鏡強化鏡片 - Google Patents

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許德安
黃俊欽
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三泉發實業股份有限公司
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眼鏡強化鏡片
本創作係關於一種眼鏡表面強化鏡片，基材鏡片經射出成型後經過後處理加工表面強化之鏡片結構，其特徵在於鏡片基材表面塗佈有一外層含經有機矽烷表面改質之粒徑50nm(奈米)二氧化鈦(TiO2)，達到無彩虹紋抗衝擊鏡片表面強化之作用，其技術領域應用於醫療矯正用及保護眼睛用之鏡片。
鏡片產業分類與範圍可依使用的機能大致區分為：醫療矯正用及保護眼睛用鏡片。醫療用包括近(遠)視鏡片、老花眼鏡片、防強光與白內障用眼鏡片(眼疾用)。另一，保護眼睛用之如一般運動場及雪地用防紫外光與強光的眼鏡片、工作者防異物飛入用眼鏡片(如防化學藥劑濺射、車床、铣床、鑽床加工等等)、軍事與鎮暴用防護鏡片、防電腦強光工作者用眼鏡片、防X-ray、Laser光眼鏡片、防灰塵、防花粉用眼鏡片、各種焊接場所的防強光用眼鏡片等。市場需求狀況方面，隨著人類生活品質提高，戶外運動增加，各種眼睛醫療保護知識普及，使得各式不同用途的眼睛保護產品如軍事及鎮暴用護具、安全帽鏡片、運動用安全眼鏡、工作防護鏡、化學防護面罩與機車擋風鏡等塑膠材質鏡片品質要求愈來愈高。
目前用於鏡片的樹脂主要有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PC(聚碳酸酯)，與 傳統的玻璃鏡片相比，樹脂鏡片特別是PC樹脂鏡片在品質、耐衝擊性、安全感、紫外線吸收能力等方面具有較強優勢，而且加工方便、用途廣，可製成半框、無架框鏡片，產品系列豐富，有單光、雙光、多焦點、白內障、變色和防幅射等品種。另外，PC鏡片廣泛運用在工業安全眼鏡(safety eyewear)已數十年，目前仍是安全眼鏡的主要材質。
一般PC鏡片由於表面硬度不足，因此在生產製程中需進行表面強化處理，以防止生產製程或消費者使用過程中造成鏡面刮傷。PC鏡片的表面強化一般是以強化液藥水或無機鍍膜方式進行表面強化處理，其中又以強化液處理的製程較具成本優勢。習知折射率調控之研究，以合成途徑之達到折射率調控，根據Lorentz-Lorenz equation(1)(J.Mater.Chem.,19,8907,2009)，可改變高分子結構單體單元的種類以調控材料的折射率差異，其中RM為高分子中結構單體單元的molar refraction，VM則為高分子中結構單體單元的molar volume，常見結構單體單元的molar refraction，導入含氟化合物或碳氫化合物可降低折射率，欲提高折射率則可導入雜環化合物或多環芳香族碳氫化合物(如naphthalene、fluorene等)。另外，根據文獻，Ueda,M.等人在聚亞醯胺(polyimide)中導入含硫單體2,7-Bis(4-aminophenylenesulfanyl)thianthrene可得到折射率最高為1.76的聚亞醯胺薄膜(Macromolecules,40,4614,2007)；Toshikazu Takata等人在poly(arylene thioether)中導入多環芳香族碳氫化合物fluorene，經由縮合聚合可得到一系列高折射率的高分子，折射率介於1.66~1.72(Journal of Polymer Science Part A Polymer Chemistry,45,3073,2007.)；又有，Kana Kobori等人利用不同結構的多環芳香族碳氫化合物fluorene經由醯氯法製備一系列高折射率的聚酯材料，折射率介於1.63~1.68(Journal of Polymer Science：Part A：Polymer Chemistry,46,2549,2008.)，由上述可知，經由合成的方法改變高分子結構中的單體單元可調控高分子材料整體的折射率。
調控樹脂的折射率除了上述的化學合成途徑，亦可利用摻混的方式導入無機粉體以調控折射率。根據文獻，Chen-Chi M.Ma等人利用溶膠-凝膠(Sol-Gel)方法改質TiO2，將改質後的TiO2添加入矽樹脂，有效提升其折射率，由1.54提升至1.58(RSC Adv.,4,38614,2014)。John Wang等人在聚甲基丙烯酸甲酯中導入無機奈米二氧化鈦(TiO2)，可得到折射率最高為1.78的高分子複合材料(Journal of Materials Chemistry,14,2978,2004)。TiO2是一種常用的顏料，具有很高的遮蓋性、優良的光學反射性與高的折射率(射率R.I.=2.4~2.6)，且價格便宜具成本競爭優勢，因此在材料開發中常用來提高整體的折射率。
惟，現今強化後的PC鏡片，由於PC塑膠材質本身與其上硬化層折射率(refractive index)的差異(PC折射率R.I.=1.59，PMMA折射率R.I.=1.49)，因此造成硬化塗層上下兩界面的反射光存在光程差，引起光的干涉而在人的視覺方面產生問題，也就是從某個角度看會產生耀眼的彩虹紋，若是在染色鏡片上“彩虹紋”現象則更為明顯，其會產生視覺上的不舒適性與不美觀，故而實際效益並不大。
為此，本創作人有鑑於上述先前技術不足之改良，終有本創作之產生。本創作乃一種無彩虹紋抗衝擊鏡片結構，兼具無彩虹紋與抗衝擊樹脂鏡片做為傳統樹脂鏡片的升級產品進入鏡片市場，大幅提升產品的品質良率及附加價值。為解決目前彩虹紋現象依循自然法則透過調控強化液之折射率，使其折射率與PC鏡片相同或接近，本創作乃經由選擇反應單體及無機粉體，進而利用Sol-Gel方法改良市售的TiO2奈米顆粒，使其表面具備有機官能團進而可以均勻分散於現有強化液中。其所組成之強化層之折射率接近現有PC塑膠基材，以減少眼鏡強化鏡片彩虹紋的產生，提昇產品品味及表面硬度。
由是可知，本新型係眼鏡強化鏡片結構，其特徵在於鏡片基材表面塗佈有一外層含經有機矽烷表面改質之粒徑50nm(奈米)TiO2(二氧化鈦)，達到無彩虹紋抗衝擊鏡片表面強化之作用。本新型具強化後PC鏡片無彩虹紋、價格低廉、加工方法簡單及品質提升之實用效益無誤。
1‧‧‧眼鏡強化鏡片本體
2‧‧‧基材
3‧‧‧強化層
31‧‧‧外強化層
32‧‧‧內強化層
第1圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片之立體圖。
第2圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片外觀之側視圖。
第3圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片外觀之俯視圖。
第4圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片之剖面圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
本創作之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本創作有關之元件，其所顯示之元件非為實際實施時之態樣，其實際實施時之元件數 目、形狀等比例為一選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。
首先敬請閱第1圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片之立體圖，說明眼鏡強化鏡片本體1之形狀外觀。第2圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片外觀之側視圖，其說明本創作眼鏡強化鏡片本體1設有一基材2，於該基材2兩側設有二強化層3，該強化層3於曲面內外又可分為外強化層31及內強化層32。第3圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片外觀之俯視圖為一圓形狀。參閱第4圖係顯示本創作眼鏡強化鏡片之剖面圖，其再說明本創作眼鏡強化鏡片本體1設有一基材2，於該基材2兩側設有二強化層3，該強化層3於曲面內外又可分為外強化層31及內強化層32。如此，即得該製作之眼鏡強化鏡片1，經研磨成預定形狀後與鏡框結合，令使用者於配戴使用過程中，能利用眼鏡強化鏡片1於基材2上之強化層3，另該眼鏡強化鏡片1具有防止刮傷及無彩虹紋現象。
藉由以上所述，詳細說明本創作眼鏡強化鏡片本體1之組成實施如下，實施例1首先準備合成製備或市售二氧化鈦(TiO2)奈米顆粒，粒徑分析儀測量其平均粒徑50nm，本創作使用市售二氧化鈦(TiO2)奈米顆粒(伊諾力克工業股份有限公司，商品名P25)進行改質，P25經粒徑分析儀分散於異丙醇(IPA)中進行粒徑分析，分析結果該二氧化鈦(TiO2)平均粒徑為48nm。該市售二氧化鈦(TiO2)奈米顆粒(商品名-P25)進行改質之流程如下所示，將TiO2奈米顆粒0.5g置於200ml的BAc溶劑中，利用超音波振盪器振盪分散30分鐘，接著加入10ml的塩酸水溶液(36.5wt%)進行攪拌水解30分鐘，待TiO2奈米顆粒水解完成後加入適量的有機矽烷改質劑(TMOS)，於60℃進行加熱攪拌的接枝反應，反應2~4小時後進行離心乾燥，即可得到改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)。再經FT-IR的分析，改質後TiO2奈米顆粒MTO的IR圖譜在1095cm-1位置可看到MTO有微弱的訊號，此結果為有機矽烷改質劑(TMOS)的添加量相對於TiO2奈米顆粒而言相對少所造成，證明有機矽烷改質劑於P25接枝成功。進一步利用SEM/EDS進 行TiO2奈米顆粒的表面元素分析，由分析結果可觀察到接枝MTO的訊號(C、O與Si)，表示有機矽烷改質劑成功接枝至TiO2奈米顆粒表面。改質TiO2奈米顆粒分散於有機溶劑(異丙醇)之分散性觀察，以0.05g MTO及100g異丙醇(IPA)配製溶液觀察TiO2奈米顆粒分散穩定性，30天無聚集沈澱情形發生。物性測試包括：密著性測試是依據ASTM D3359百格測試樹脂剝離的程度，給予密著性的評定等級，5B為最好的等級，代表沒有剝落的情形發生，即通過百格測試。表面硬度測試依照ASTM D3363，使用鉛筆硬度機進行薄膜表面硬度量測，測試程序由鉛筆硬度低至高，直到薄膜出現刻痕，則前一個所用鉛筆硬度即為薄膜表面硬度。耐衝擊試驗(落錘式)乃依據ASTM D2794，將試驗板塗膜向上置於衝擊鐵鉆與衝擊槌之間，以一定荷重(500±1g)之金屬塊，從其一高度(500mm)往下衝向衝擊槌，金屬板上塗膜的衝擊試驗，衝擊槌直徑為3/16吋，觀察塗膜有無破壞。光學測試包括：折射率使用Abbe儀於恆溫25℃量測。穿透率測試是依據ASTM D1003規範，以NDH-2000檢測鏡片全光線透過率，將全光線透過率機開機，將光源熱機半小時後，進行全光線透過率檢測。度數測試及散光測試依據ANSI Z87.1方法進行無彩虹紋抗衝擊鏡片的度數及散光量測。調配強化配方中之PC強化液固含量：28wt%，室溫25℃下之黏度75cps，比重0.93g/ml，塗佈於PC強化後穿透率88.9%。最後，調配強化配方實施例1乃以300ml之PC強化液添加15.6ml(0.05phr)之改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)於室溫下攪拌30分鐘，將強化液塗佈於PC基材鏡片上，以溫度70℃預烘10分鐘，再以溫度120℃二個小時固著，組成基材2兩側之二強化層3，後續以眼鏡強化鏡片本體1進行物性及光學測試，其強化配方及結果如下表1所示：
實施例2，將同實施例1之PC強化液及改質TiO2奈米顆粒(MTO)，依300ml之PC強化液添加31.3ml(0.10phr)之改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)於室溫下攪拌30分鐘，將強化液塗佈於PC基材鏡片上，以70℃預烘10分鐘，再以120℃二個小時固著，組成基材2兩側之二強化層3，後續以眼鏡強化鏡片本體1進行物性及光學測試，其強化配方及結果同表1所示。
實施例3，將同實施例1之PC強化液及改質TiO2奈米顆粒(MTO)，依300ml之PC強化液添加46.9ml(0.15phr)之改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)於室溫下攪拌30分鐘，將強化液塗佈於PC基材鏡片上，以70℃預烘10分鐘，再以120℃二個小時固著，組成基材2兩側之二強化層3，後續以眼鏡強化鏡片本體1進行物性及光學測試，其強配方及結果同表1所示。
實施例4，將同實施例1之PC強化液及改質TiO2奈米顆粒(MTO)，依300ml之PC強化液添加93.8ml(0.30phr)之改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)於室溫下攪拌30分鐘，將強化液塗佈於PC基材鏡片上，以70℃預烘10分鐘，再以120℃二個小時固著，組成基材2兩側之二強化層3，後續以眼鏡強化鏡片本體1進行物性及光學測試，其強配方及結果同表1所示。
實施例5，將同實施例1之PC強化液及改質TiO2奈米顆粒(MTO)，依300ml之PC強化液添加156.3ml(0.50phr)之改質的TiO2奈米顆粒(代號MTO)於室溫下攪拌30分鐘，將強化液塗佈於PC基材鏡片上，以70℃預烘10分鐘，再以120℃二個小時固著，組成基材2兩側之二強化層3，後續以眼鏡強化鏡片本體1進行物性及光學測試，其強配方及結果同表1所示。惟上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1‧‧‧眼鏡強化鏡片本體
2‧‧‧基材
3‧‧‧強化層
31‧‧‧外強化層
32‧‧‧內強化層

Claims (12)

  1. 一種眼鏡用之強化鏡片結構，其包含：一基材，係具有一曲率；一外強化層及一內強化層，係由表面改質奈米二氧化鈦之強化薄膜；該基材兩側設有二強化層，該強化層於曲面內外又可分為外強化層及內強化層所相對構成；其特徵在於藉由表面改質奈米二氧化鈦之強化薄膜，據以達到無彩虹紋抗衝擊鏡片表面強化之作用。
  2. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，改質前二氧化鈦之粒徑50奈米。
  3. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，更包含改質TiO2添加比例0.05~0.50phr，以0.10~0.3phr為佳，0.10~0.15phr為最佳。
  4. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，表面改質奈米二氧化鈦薄膜密著等級達5B。
  5. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，鏡片表面硬度範圍介於H~3H。
  6. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，表面改質奈米二氧化鈦薄膜折射率範圍介於1.5~1.7。
  7. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，鏡片光穿透率範圍介於88~90%。
  8. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，鏡片抗衝擊測試無龜裂。
  9. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，目視鏡片表面無彩虹紋現象。
  10. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，量測鏡片之度數達+/-0.12 dioper以內。
  11. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，量測鏡片之散光達+/-0.12 dioper以內。
  12. 如請求項1所述之一種眼鏡用之強化鏡片結構，其中，乃應用於醫療矯正用及保護眼睛用之鏡片。
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