WO2006045960A1 - Resines polyurethanes, leur procede de fabrication, et les lentilles optiques obtenues a partir de ces resines. - Google Patents

Resines polyurethanes, leur procede de fabrication, et les lentilles optiques obtenues a partir de ces resines. Download PDF

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WO2006045960A1
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Noémie Lesartre
Fabien Berit-Debat
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Essilor International (Compagnie Generale D'optique)
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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    • C08G18/10—Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
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    • G02—OPTICS
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    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/041—Lenses

Definitions

  • the subject of the present invention is the use of polyurethane resins for the manufacture of impact-resistant optical lenses, optical lenses, in particular ophthalmic lenses, obtained by virtue of the use of these resins, and the method of manufacturing said lenses.
  • optical lens is meant in particular ophthalmic lenses and lenses for optical instrument.
  • ophthalmic lens lenses adapted to a spectacle frame to protect the eye and / or correct vision, these lenses being selected from afocal lenses, unifocal, bifocal, trifocal and progressive.
  • substrate is meant the basic constituent transparent material of the optical lens and more particularly of the ophthalmic lens. This material serves as a support for the stacking of one or more treatments, and helps to create the corrective function of the lens in the case of a corrective ophthalmic lens.
  • Treatment means any coating that may be in contact with the substrate, and / or with another coating, and may in particular be an anti-reflection coating, antifouling, anti-shock, anti-scratch and / or polarizing primer.
  • a substrate, to fulfill its function, must have all of the following characteristics:
  • thermosetting resins constituting the substrate of the optical lens must be easy to implement industrially.
  • the polymerizable resin used according to the invention is particularly advantageous. Indeed, the constituent elements of this resin are miscible at room temperature and a low viscosity. These characteristics make it possible in particular to formulate the polyurethane by simply mixing the constituents at room temperature, and pouring the mixture into a suitable mold, at a temperature of 18 to 60 ° C., preferably 18 to 50 ° C., very preferably 20 to 40 ° C, even more preferably at room temperature.
  • the manufacturing process is simple, fast, reproducible, and low economic cost, the heating cycles being short and at low temperatures.
  • Thermosetting polyurethane resins are known to those skilled in the art, to be adapted to the manufacture of optical lenses, in particular because these resins generally have an acceptable impact resistance.
  • US Pat. No. 6,127,505 describes a polyurethane-urea resin prepared from a prepolymer, obtained by mixing aliphatic or cycloaliphatic diisocyanate and a glycol, and aromatic diamine. The preparation of the prepolymer itself is carried out under heating conditions of between 100 ° C. and 140 ° C. for a period of 3 to 5 hours, and the mixture of the prepolymer with the amine requires at least one heating step at a temperature of temperature of the order of 75 ° C.
  • the method of manufacturing optical lenses according to the present invention differs from the prior art in particular in that the step of mixing the two compositions for forming the thermosetting polyurethane resin and the baking step, are carried out at the same time. temperatures much lower than those used in the processes of the prior art.
  • the method of manufacturing an optical lens according to the invention is therefore easier to implement and allows a significant economic gain.
  • the optical lens substrate according to the invention also has excellent impact resistance, is easily stainable, and can be easily coated under customary conditions.
  • This resin therefore constitutes a material of choice as a substrate of an optical lens, and more particularly as a substrate of an ophthalmic lens.
  • a first object of the invention therefore relates to the use, for the manufacture of optical lenses, of a thermosetting polyurethane resin comprising:
  • a part (I), corresponding to the isocyanate part, comprising:
  • a part (II), corresponding to the alcohol part, comprising:
  • Part (II) has a viscosity of between 900 and 2500 mPa.s, preferably between 900 and 1800 mPa.s inclusive, and part (I) has a viscosity of between 300 and 1000 mPa.s inclusive.
  • component (b) provides from 5% to 15% inclusive, and preferably 10%, of urethane function with respect to all the isocyante functions present in part (I).
  • the alkoxylated glycerol etherate is of formula (C): HO- (R] -O) ⁇ -CH2-CH (- (O-R2) m -OH) -CH 2 - ( OR 3 ) p-OH (C) in which: R 1, R 2 and R 3 , which are identical or different, independently of one another, represent a linear or branched (C 2 -C 4 ) alkylene group;
  • n, m and p identical or different, independently of one another, represent an integer between 1 and 6 inclusive.
  • R 1 , R 2 and R 3 identical, represent an ethylene group or an isopropylene group
  • n and p identical, represent an integer between 1 and 3 inclusive.
  • part (c) of part (II) of said resin comprises compounds of formula (C) in which:
  • R 1, R 2 and R 3 which are identical, represent a propylene group
  • part (d) comprises at least one polyalkoxylated tertiary diamine tetraol and / or triol of formula (D):
  • R 4 , R 5 and R 6 which are identical or different, independently of one another represent a group of formula (Dl):
  • R 9 and R 10 which are identical or different, independently of one another, represent a group chosen from ethylene 7-propylene and isopropylene; or and, v, identical or different, independently of each other, represent an integer between 0 and 3 inclusive, it being understood that u and v do not simultaneously represent the value 0;
  • R 7 represents a hydrogen atom or a group R 4 as defined above;
  • Rg represents a linear or branched (C 2 -C 4 ) alkylene group.
  • R 8 represents an ethylene group
  • R 4 , R 5 and R 6 are identical and defined as previously;
  • R 7 is as defined above.
  • R 9 and R 10 are different and defined as above.
  • the portion (d) of the portion (II) of said resin comprises: i. at least one polyalkoxylated tertiary diamine tetraol of formula (D) in which: R 4 , R 5 , R 6 and R 7 , identical, each represent a group of formula (Dl) in which:
  • R 9 represents an ethylene group
  • R 5 and R 6 each represent a group of formula (Dl) in which: • R 9 represents an ethylene group or isopropylene;
  • RJ 0 represents an isopropylene or ethylene group
  • - R 7 represents a hydrogen atom
  • - R 8 represents an ethylene group
  • iii. and the ratio of (i) to (ii) is from 100/0 to 90/10 inclusive.
  • the polyurethane resin comprises part (II) for which the ratio between part (c) and part (d) is between 70/30 and 95/5 inclusive, preferably between 75/25. and 90/10 inclusive, and very preferably is equal to 80/20.
  • the molar ratio between the portion (I) and the portion (II) of said resin is between 0.95 and 1.1.
  • thermosetting polyurethane resin used in accordance with the invention generates a substrate with a view to producing an optical lens, with high impact resistance.
  • One of the critical points for obtaining a high-impact thermosetting material is to optimize the compromise between a high T g (glass transition temperature) of the material, and a good impact resistance of said material. Indeed, obtaining a high Tg is desired, in order to obtain a stiffness dii substrate that avoids deformation during the application of treatments; a high Tg is generally obtained by introducing into the resin rigid segments which relax at high Tg.
  • Achieving the impact resistance characteristic is generally obtained by introducing into the resin soft chains which relax at low T g or by reducing the crosslinking density of the polymer material contained in the resin. Indeed, an increase in the crosslinking density of the polymer has the consequence of restricting the mobility of the polymer chains and leads to a decrease in the flexibility of the resin. This loss of flexibility results in a decrease in the impact resistance of the resin, due in particular to the fact that the capacity of the resin to absorb shocks by dissipation of the induced energy is reduced.
  • the polyurethane resin used in accordance with the invention consists of two entities: part (I) and part (II), part (I) corresponding to the isocyanate part, and part (II) corresponding to the alcohol part and comprising in particular at least one polyalkoxylated tertiary diamine tetraol and / or triol
  • the resin used according to the invention is therefore both highly crosslinked, has a high Tg, and against all odds, also has good impact resistance.
  • the resin used in accordance with the invention is very simple to implement, especially because the elements that constitute it are miscible at room temperature and have a low viscosity making casting easy.
  • the properties of the part (II) of the resin used according to the invention are particularly important for the lowering of the overall viscosity of the mixture part (I) + part (II).
  • the resin used is the PX521HT resin sold by the company Axson.
  • the polyurethane resin used according to the invention may also comprise additives conventionally used in thermosetting resins for molding.
  • optical lenses in particular ophthalmic lenses, in proportions conventionally used.
  • demoulding agents that can be used in the context of the invention, there may be mentioned in particular trimethylchlorosilane, chloromethyltrimethylsilane, chloropropyltrimethylsilane, chloromethyldodecyl dimethylsilane, (3,3-dimethylbutyl) dimethylcholosilane, hexamethyldisilazane, octamethyltetrasilazane, aminopropyldimethylpolydimethylsiloxane, 3-trimethoxysilylpropyloctadecyl dimethylammonium chloride, tetradecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, trimethylethoxysilane, and octadecyltrimethoxysilane.
  • antioxidants that can be used, generally in proportions of up to 5% by weight relative to the total weight of the reagents, mention may be made especially of hindered and polyfunctional phenolic antioxidants.
  • UV stabilizers there may be mentioned benzotriazoles.
  • the subject of the invention is also an optical lens substrate, in particular an ophthalmic lens substrate, characterized in that it is capable of being obtained from a thermosetting polyurethane resin as defined above, said resin having been molded and then polymerized.
  • the substrate according to the invention may be coated with various layers such as: anti-abrasion coating; primary adhesion; anti-reflective coating, anti-fouling coating, polarizing coating. It can also be colored using conventional techniques.
  • the subject of the invention is also a simple and economical method of manufacturing an optical lens, in particular an ophthalmic lens, from the polyurethane resin obtained by the formulation of part (I) and part (II), characterized in that it comprises a step of manufacturing the substrate, in which the parts (I) and (II) of the resin as defined above are mixed at a temperature of between 18 ° C. and 60 ° C. inclusive, preferably between 18 ° C. C and 50 ° C inclusive, very preferably between 20 ° C. and 40 ° C. inclusive, a mold adapted for the production of optical lenses is filled with the resin obtained, said filling being carried out manually or mechanically, and then the resin placed in the mold is polymerized, preferably between 80 ° C. and 130 ° C. inclusive, and an annealing step is then carried out.
  • the PX521HT resin is part of the formulation of the polyurethane resin as described above.
  • This resin is obtained by polymerizing: a part (I), corresponding to the isocyanate part comprising: (a) methylene-bis-4,4'-isocyanatecyclohexane (H 12 MDI) 5 (b) the prepolymer obtained from the reaction between the propoxylated glycerol and methylene-bis-4,4'-diisocyanatecyclohexane (a), (b) being present in a molar ratio of 10% of urethane function with respect to all the isocyanate functions present in the part (I)
  • a part (II), corresponding to the alcohol part, comprising at least: (c) alkoxylated glycerol propoxylate in its monomeric and oligomeric form, the ratio between the monomeric form and the oligomeric forms being between 99/1 and 90 / 10
  • Parts (I) and (II) are homogenized and degassed separately under an inert atmosphere and at room temperature (about 20 ° C.). The following steps are then performed:
  • Part (I) and part (II) are degassed and heated respectively in separate tanks I and II.
  • the reactants are driven to the mixing head by gear pumps as well as by pressurizing the tanks (about 2-3 bars). Pipes supplying the reagents of the tanks to the "product collector” are also heated. Stoichiometry is obtained by adjusting the speed of rotation of each of the pumps. The total flow rate is adjusted by an adjusting knob acting simultaneously on the speed of rotation of the two gear pumps (the relative speed of the two pumps remains unchanged and therefore the stoichiometry is not changed).
  • the assembly "collector product” and mixer constitutes the mixing head.
  • the alcohols reactants (part (II)) and isocyanates (part (I)) are contacted and homogenized in the mixer called “statico-dynamic" by those skilled in the art.
  • the mixer core is driven by a variable speed pneumatic turbine.
  • CBI test (ANSI 780 standard)
  • CBI is an instrumented ball drop test.
  • CBI has 3 impactors
  • the choice of impactor is determined by the equipment according to the characteristics of the tested glass. An impactor falls at the geometric center of the glass to be tested. The impact speed is 5 m / s.
  • a sensor located in the ball measures at all times the applied force and bending of the glass. The physical quantity followed is the energy at any moment of the shock. When the glass breaks, at this precise moment, the software gives the breaking energy of the glass.
  • the CBI achieves a single impact per glass, do not retest the glasses, the glass must break every time.
  • Each glass has a value of breaking energy.
  • a 6.35 mm diameter steel ball is projected onto the tested lens with a speed of 15OfVs.
  • the lens passes the test if it does not break.

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Abstract

La présente invention a pour objet l'utilisation de résines polyuréthanes pour la fabrication de lentilles optiques résistantes aux chocs, les lentilles optiques, en particulier ophtalmiques, obtenues du fait de l'utilisation de ces résines, et le procédé de fabrication desdites lentilles, notamment l'utilisation d'une résine polyuréthane thermodurcissable pour la fabrication de lentille optique, caractérisée en ce que ladite résine comprend : - une partie (I), correspondant à la partie isocyanate, comprenant : a) du méthylène-bis-4,4'-isocyanatecyclohexane (Hi2MDI), b) du prépolymère issu de la réaction entre le glycérol propoxylé et le méthylène-bis-4,4'-diisocyanatecyclohexane, - une partie (II), correspondant à la partie alcool, comprenant : c) du glycérol étherate alcoxylé sous sa forme monomère et oligomère, d) au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol.

Description

RESINES POLYURETHANES, LEUR PROCEDE DE FABRICATION, ET LES LENTILLES OPTIQUES OBTENUES A PARTIR DE CES RESINES.
La présente invention a pour objet l'utilisation de résines polyuréthanes pour la fabrication de lentilles optiques résistantes aux chocs, les lentilles optiques, en particulier ophtalmiques, obtenues du fait de l'utilisation de ces résines, et le procédé de fabrication desdites lentilles.
Par lentille optique, on entend notamment les lentilles ophtalmiques et les lentilles pour instrument d'optiques.
Par lentille ophtalmique, on entend les lentilles s'adaptant à une monture de lunette pour protéger l'œil et/ou corriger la vue, ces lentilles étant choisis parmi les lentilles afocales, unifocales, bifocales, trifocales et progressives.
Par substrat, on entend le matériau transparent constitutif de base de la lentille optique et plus particulièrement de la lentille ophtalmique. Ce matériau sert de support à l'empilement d'un ou plusieurs traitements, et participe à créer la fonction correctrice de la lentille dans le cas d'une lentille ophtalmique correctrice.
Par traitement, on entend tout revêtement pouvant être en contact avec le substrat, et/ou avec un autre revêtement, et pouvant notamment être un revêtement anti-reflets, antisalissures, primaire anti-chocs, anti-rayures et/ou polarisant.
Un substrat, pour répondre à sa fonction, doit posséder l'ensemble des caractéristiques suivantes :
- une transparence élevée (transmission généralement supérieure à 85 %, et de préférence supérieure ou égale à 90 %), avec une absence ou éventuellement une très faible diffusion de la lumière ;
- un faible indice de jaune et une absence de jaunissement au cours du temps ;
- une bonne résistance aux chocs selon les normes en vigueur ;
- une bonne aptitude aux traitements divers (dépôt de revêtement anti-reflets, antisalissures, primaire an ti-chocs, anti-rayures, polarisant...), et en particulier une bonne aptitude à la coloration ;
- une valeur de température de transition vitreuse (Tg) supérieure ou égale à 800C, de préférence supérieure à 90°C, et très préférentiellement comprise entre 900C et 1200C. En outre, les résines thermodurcissables, constitutives du substrat de la lentille optique, doivent être faciles à mettre en œuvre sur le plan industriel. Dans ce cadre la résine polymérisable mise en œuvre selon l'invention, est particulièrement avantageuse. En effet, les éléments constitutifs de cette résine sont miscibles à température ambiante et une faible viscosité. Ces caractéristiques permettent notamment d'effectuer une formulation du polyuréthane par simple mélange des constituants à une température ambiante, et une coulée du mélange dans un moule approprié, à une température de 18 à 6O0C, de préférence 18 à 50°C, très préférentiellement 20 à 40°C, encore plus préférentiellement à température ambiante. Le procédé de fabrication est donc simple, rapide, reproductible, et de faible coût économique, les cycles de chauffage étant courts et à des températures peu élevées.
Les résines thermodurcissables de polyuréthane sont connues de l'homme de l'art, pour être adaptées à la fabrication de lentilles optiques, notamment parce que ces résines présentent généralement une résistance aux chocs acceptable. Ainsi le brevet US 6,127,505 décrit une résine polyuréthane-urée préparée à partir d'un prépolymère, obtenu par mélange de diisocyanate aliphatique ou cycloaliphatique et d'un glycol, et de diamine aromatiques. La préparation du prépolymère lui-même se fait dans des conditions de chauffage comprises entre 1000C et 1400C pendant une durée de 3 à 5 heures, et le mélange du prépolymère avec l'aminé nécessite au moins une étape de chauffage à une température de l'ordre de 750C.
Le procédé de fabrication de lentilles optiques selon la présente invention diffère de l'art antérieur notamment en ce que l'étape de mélange des deux compositions permettant la formation de la résine polyuréthane thermodurcissable ainsi que l'étape de cuisson, s'effectuent à des températures largement inférieures à celles mises en oeuvre dans les procédés de l'art antérieur. Le procédé de fabrication d'une lentille optique selon l'invention s'avère donc plus facile à mettre en œuvre et permet un gain économique non négligeable.
Le substrat de lentille optique selon l'invention présente de plus une excellente résistante aux chocs, est facilement colorable, et peut être aisément revêtu dans des conditions usuelles. Cette résine constitue donc un matériau de_ choix en tant que substrat d'une lentille optique, et plus particulièrement en tant que substrat d'une lentille ophtalmique. Un premier objet de l'invention concerne donc l'utilisation, pour la fabrication de lentilles optiques, d'une résine polyuréthane thermodurcissable comprenant :
- une partie (I), correspondant à la partie isocyanate, comprenant :
(a) du méthylène-bis-4,4'-isocyanatecyclohexane (H12MDI), (b) du prépolymère issu de la réaction entre le glycérol propoxylé et le méthylène-bis-4,4'-diisocyanatecyclohexane,
- une partie (II), correspondant à la partie alcool, comprenant : .
(c) du glycérol étherate alcoxylé sous sa forme monomère et oligomère,
(d) au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol.
La partie (II) présente une viscosité comprise entre 900 et 2500 mPa.s, préférentiellement entre 900 et 1800 mPa.s incluse, et la partie (I) présente une viscosité comprise entre 300 et 1000 mPa.s incluse.
Dans la partie (I) de la formulation, le composant (b) apporte de 5% à 15% inclus, et préférentiellement 10%, de fonction uréthane par rapport à la totalité des fonctions isocyantes présentes dans la partie (I).
Dans la partie (II) de la formulation, le glycérol étherate alcoxylé est de formule (C) : HO-(R]-O)π-CH2-CH(-(O-R2)m-OH)-CH2-(O-R3)p-OH (C) dans laquelle : - Ri, R2 et R3, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un groupement (C2-C4)alkylène, linéaire ou ramifié ;
- n, m et p, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 6 inclus.
Les composés de formule (C) préférés selon l'invention sont ceux pour lesquels :
- R1, R2 et R3, identiques, représentent un groupement éthylène ou un groupement isopropylène ;
- n, m et p, identiques, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus.
Selon une variante particulièrement avantageuse de l'invention, la partie (c) de la partie (II) de ladite résine comprend les composés de formule (C) dans laquelle :
- Ri, R2 et R3, identiques, représentent un groupementjsqpropylène ;
- n, m et p, identiques, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ; et le rapport entre la forme monomère (n = m = p = 1) et les formes oligomères (n = m = p > 1) est compris entre 100/0 et 90/10 inclus. Dans la partie (II) de ladite résine, la partie (d) comprend au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol de formule (D) :
R4-N(R5)-R8-N(R7)-R6 (D) dans laquelle :
- R4, R5 et R6, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre représentent un groupement de formule (Dl) :
-(R9-O)u-(R10-O)v-H (Dl) o dans laquelle : o R9 et Rio, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un groupement choisi parmi éthylène, /7-propylène, et isopropylène ; o u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 0 et 3 inclus, étant entendu que u et v ne représentent pas simultanément la valeur 0 ;
- R7 représente un atome d'hydrogène ou un groupement R4 tel que défini précédemment ;
- Rg représente un groupement (C2-C4)alkylène, linéaire ou ramifié.
Les composés de formule (D) préférés selon l'invention sont ceux pour lesquels :
- R8 représente un groupement éthylène ;
- R4, R5 et R6 sont identiques et définis tels que précédemment ;
- R7 est tel que défini précédemment ; et
- R9 et R10 sont différents et définis tels que précédemment.
Selon une variante avantageuse de l'invention, la partie (d) de la partie (II) de ladite résine comprend : i. au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol de formule (D) dans laquelle : - R4, R5, R6 et R7, identiques représentent chacun un groupement de formule (Dl) dans laquelle :
• R9 représente un groupement éthylène ;
• Rio représente un groupement isopropylène ;
• u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ; - R8 représente un groupement éthylène ; ii. éventuellement une ou plusieurs diamine(s) tertiaire(s) polyalcoxylée(s) triol(s) de formule (D) dans laquelle :
- R4, R5 et R6 représentent chacun un groupement de formule (Dl) dans laquelle : • R9 représente un groupement éthylène ou isopropylène ;
• RJ0 représente un groupement isopropylène ou éthylène ;
• u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ;
- R7 représente un atome d'hydrogène ; - R8 représente un groupement éthylène ; iii. et le rapport entre (i) et (ii) est compris entre 100/0 et 90/10 inclus.
Dans le cadre de l'invention, la résine polyuréthane comprend la partie (II) pour laquelle le rapport entre la partie (c) et la partie (d) est compris entre 70/30 et 95/5 inclus, préférentiellement entre 75/25 et 90/10 inclus, et très préférentiellement est égale à 80/20.
Le rapport molaire entre la partie (I) et la partie (II) de ladite résine est compris entre 0,95 et 1,1.
D'une façon surprenante la résine polyuréthane thermodurcissable utilisée conformément à l'invention génère un substrat, en vue de l'élaboration de lentille optique, à haute résistance aux chocs.
Un des points critiques pour l'obtention d'un matériau thermodurcissable hautement résistant aux chocs est d'optimiser le compromis entre un haut Tg (température de transition vitreuse) du matériau, et une bonne résistance aux chocs dudit matériau. En effet, l'obtention d'un haut Tg est souhaitée, afin d'obtenir une rigidité dii substrat qui permet d'éviter sa déformation lors de l'application de traitements ; un haut Tg est généralement obtenu en introduisant dans la résine des segments rigides qui relaxent à haut Tg.
L'obtention de la caractéristique de résistance aux chocs est généralement obtenue par introduction dans la résine de chaînes souples qui relaxent à faible Tg ou via la diminution de la densité de réticulation du matériau polymère contenu dans la résine. En effet une augmentation de la densité de réticulation du polymère a pour conséquence de restreindre la mobilité des chaînes de polymères et conduit à une diminution de la souplesse de la résine. Cette perte de souplesse a pour conséquence une diminution de la résistance aux chocs de la résine, due notamment au fait que la capacité de la résine à amortir les chocs par dissipation de l'énergie induite est amoindrie.
II convient donc généralement de trouver un compromis entre ces deux caractéristiques qui nécessitent des matériaux aux propriétés contraires.
Comme décrite précédemment, la résine polyuréthane utilisée conformément à l'invention est constituée de deux entités: la partie (I) et la partie (II), la partie (I) correspondant à la partie isocyanate, et la partie (II) correspondant à la partie alcool et comprenant notamment au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol
(d). La présence d'au moins une aminé tertiaire tri- ou tétra-fonctionnelle en groupement hydroxy, entraîne la formation, par réaction avec les fonctions isocyanates de la partie (I), d'une résine polyuréthane hautement réticulée.
La résine utilisée conformément à l'invention est donc à la fois hautement réticulée, présente un haut Tg, et contre toute attente, présente également une bonne résistance aux chocs.
De plus, la résine utilisée conformément à l'invention, est très simple à mettre en œuvre, du fait notamment que les éléments qui la constituent sont miscibles à température ambiante et présentent une faible viscosité rendant le moulage (casting) aisé. Les propriétés de la partie (II) de la résine utilisée selon l'invention, sont particulièrement importantes pour l'abaissement de la viscosité globale du mélange partie (I) + partie (II).
La miscibilité à température ambiante ainsi que la faible viscosité de cette résine polyuréthane en font un matériau de choix pour être ensuite mise en oeuvre dans un procédé de moulage (casting) traditionnel, un procédé RIM (Reaction injection Molding) ou RTM (Reaction Transfert Molding).
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la résine utilisée est la résine PX521HT commercialisée par la société Axson.
La résine polyuréthane utilisée conformément à l'invention peut également comprendre des additifs classiquement utilisés dans les résines thermodurcissables pour le moulage de lentilles optiques, en particulier de lentilles ophtalmiques, dans des proportions classiquement utilisées. Parmi les additifs, on peut citer à titre indicatif et non limitatif, les colorants, les stabilisants de coloration, les éclaircissants optiques, les absorbeurs UV, les antioxydants, les anti -jaunissement, et les agents de démoulage.
Parmi les agents de démoulage utilisables dans le cadre de l'invention, on peut citer notamment le triméthylchlorosilane, le chlorométhyltriméthylsilane, le chloropropyltriméthylsilane, le chlorométhyldodecyl diméthylsilane, le (3,3- diméthylbutyl) diméthylcholrosilane, l'hexaméthyldisilazane, l'octaméthyltetrasilazane, l'aminopropyldiméthylpolydiméthylsiloxane, le chlorure de 3-triméthoxysilyl propyloctadécyldiméthylammonium, le chlorure d'ammonium de tétradecyldiméthyl(3- triméthoxysilylpropyl), le triméthylethoxysilane, et lOctadécyltrimethoxysilane.
Parmi les antioxydants utilisables, généralement dans des proportions allant jusqu'à 5 % en poids par rapport aux poids total des réactifs, on peut citer notamment les antioxydants phénoliques encombrés et polyfonctionnels.
Parmi les stabilisants UV on peut notamment citer les benzotriazoles.
L'invention a également pour objet un substrat de lentille optique, en particulier de lentille ophtalmique, caractérisé en ce qu'il est susceptible d'être obtenu à partir d'une résine polyuréthane thermodurcissable telle que définie ci-dessus, ladite résine ayant été moulée puis polymérisée.
Le substrat selon l'invention, peut être revêtu par différentes couches telles que : revêtement anti-abrasion; primaire d'adhésion; revêtement anti-reflet, revêtement anti¬ salissures, revêtement polarisant. Il peut également être coloré en utilisant les techniques classiques.
L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication simple et économique de lentille optique, en particulier ophtalmique, à partir de la résine polyuréthane obtenue par la formulation de la partie (I) et la partie (II), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de fabrication du substrat, dans laquelle on mélange les parties (I) et (II) de la résine telle que définie ci-dessus à une température comprise entre 18°C et 60°C inclus,, préférentiellement entre 18°C et 50°C inclus, très préférentiellement entre 2O0C et 4O0C inclus, on remplit avec la résine obtenue un moule adapté pour la fabrication de lentilles optiques, ledit remplissage s 'effectuant manuellement ou mécaniquement, puis on polymérise la résine placée dans le moule, de préférence entre 80°C et 130°C inclus, et on effectue ensuite une étape de recuit.
Les exemples qui suivent illustrent non limitativement l'utilisation d'une résine conformément à l'invention, et la fabrication d'un substrat pour lentille optique.
Exemples: Utilisation de la résine PX521HT commercialisée par la société Axson.
La résine PX521HT entre dans le cadre de la formulation de la résine polyuréthane telle que décrite précédemment. Cette résine est obtenue par la polymérisation de : une partie (I), correspondant à la partie isocyanate, comprenant : (a) du méthylène-bis-4,4'-isocyanatecyclohexane (H12MDI)5 (b) du prépolymère issu de la réaction entre le glycérol propoxylé et le méthylène-bis-4,4'-diisocyanatecyclohexane (a), (b) étant présent dans un rapport molaire de 10% de fonction uréthane par rapport à l'ensemble des fonctions isocyanates présentes dans la partie (I),
- une partie (II), correspondant à la partie alcool, comprenant au moins : (c) du glycérol propoxylate alcoxylé sous sa forme monomère et oligomère, le rapport entre la forme monomère et les formes oligomères étant compris entre 99/1 et 90/10,
(d) de l'éthylène diamine propoxylée et éthoxylée tétraol et triol,
(e) le rapport de (c) sur (d) étant compris entre 78/22 et 82/18.
Exemples de préparation d'une lentille ophtalmique: > Par coulée manuelle.
Les parties (I) et (II) sont homogénéisées et dégazées séparément sous atmosphère inerte et à température ambiante (2O0C environ). Les étapes suivantes sont ensuite réalisées :
- Pesée de 16.67 g de la partie (I) dans un flacon en verre placé dans un bain thermostaté à température ambiante.
Prélèvement de 9.17 g de la partie (II) dans une seringue.
- Mélange de (I) et (II) dans le flacon en verre. Homogénéisation et dégazage du mélange réactif durant 5 minutes à température ambiante. - Prélèvement d'environ 15 ml de mélange réactif à l'aide d'une seringue. Remplissage d'un assemblage scotch (constitué de deux moules en verre). Cycle de polymérisation dans Pétuve.
Rampe de température de 8O0C à 130°C pendant 30 minutes. Palier à 13O0C pendant 6 heures. Retour à 8O0C en 30 minutes. Désassemblage du substrat polymérisé et recuit à 13O0C pendant 2 heures (élimination des contraintes résiduelles).
> A l'aide d'une machine de type RTM CReaction Transfer Molding) II s'agit d'une machine de coulée bi-composant fonctionnant à basse pression. La machine a été fournie par la société DOPAG (modèle ELDOMIX™).
La partie (I) et la partie (II) sont dégazées et chauffées respectivement dans des cuves I et II séparées.
Lors de la coulée d'un substrat, les réactifs sont entraînés vers la tête de mélange par des pompes à engrenage ainsi que par la mise en pression des cuves (environ 2-3 bars). Les tuyaux amenant les réactifs des cuves jusqu'au « collecteur produit » sont également chauffés. La stœchiométrie est obtenue par le réglage de la vitesse de rotation de chacune des pompes. Le débit total est ajusté par un bouton de réglage agissant simultanément sur la vitesse de rotation des deux pompes à engrenages (la vitesse relative des deux pompes reste inchangée et par conséquent la stoechiométrie n'est pas modifiée).
L'ensemble « collecteur produit » et mélangeur constitue la tête de mélange. Les réactifs alcools (partie (II))et isocyanates (partie (I)) sont mis en contact et homogénéisés dans le mélangeur appelé « statico-dynamic » par l'homme de l'art. L'âme du mélangeur est entraînée par une turbine pneumatique à vitesse variable.
Paramètres de la machine de coulée DOPAG pour la formulation PX 521 HT:
Filtration :
Taille des filtres : 1 ,2 microns Température des cuves (I) et (II) : 400C Température des tuyaux (I) et (II) : 500C Agitation en fonctionnement Durée de la filtration : 4 heures Dégazage :
Température des cuves (I) et (II) : 40°C
Températures des tuyaux (I) et (II) : 50°C
Agitation en fonctionnement
Durée du dégazage : 4 heures
Coulée :
Pression des cuves (I) et (II) : 3 bars
Températures des cuves (I) et (II) : 40°C
Températures des tuyaux (I) et (II) : 50°C
Ratio de (I)/(II) : 62 %
Débit de coulée : 0,12 litre/min
Agitation en fonctionnement
Vitesse du mélangeur statico dynamique : maximum
Cycle de polymérisation et recuit identique à la coulée manuelle.
Caractéristiques de PX521HT en tant que substrat de lentille optique:
Figure imgf000011_0001
Résistance aux chocs:
Figure imgf000011_0002
*: HC: Hard Coat = EP 0 614 957 + US 5,316,791
**: AR: Anti-Reflet = nSD
E = énergie de rupture moyenne
Description des tests CBI et HVI: - Test CBI (Norme ANSI 780) La CBI est un test de chute de bille instrumentée. La CBI dispose de 3 impacteurs
(40 g- 210g-520g) le choix de Pimpacteur est déterminé par l'équipement en fonction des caractéristiques du verre testé. Un impacteur tombe au centre géométrique du verre à tester. La vitesse d'impact est de 5 m/s. Au cours du choc un capteur situé dans la bille mesure à tout instant la force appliquée et la flexion du verre. La grandeur physique suivie est l'énergie à tout instant du choc. Lorsque le verre casse, à cet instant précis, le logiciel donne l'énergie de rupture du verre. La CBI réalise un seul impact par verre, il ne faut pas retester les verres, le verre doit casser à chaque fois.
A chaque verre correspond une valeur d'énergie de rupture.
- Test HVI
Vérification de la conformité d'un produit au test HVI (High Velocity Impact) décrit dans la norme ANSI Z87.1
Une bille d'acier de 6.35 mm de diamètre est projetée sur la lentille testée avec une vitesse de 15OfVs.
La lentille passe le test s'il ne casse pas.
Ce test oui/non est destructif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'une résine polyuréthane thermodurcissable pour la fabrication de lentille optique, caractérisée en ce que ladite résine comprend : - une partie (I), correspondant à la partie isocyanate, comprenant : a) du méthylène-bis-454'-isocyanatecyclohexane (Hi2MDI), b) du prépolymère issu de la réaction entre le glycérol propoxylé et le méthylène-bis-4,4'-diisocyanatecyclohexane,
- une partie (II), correspondant à la partie alcool, comprenant : c) du glycérol étherate alcoxylé sous sa forme monomère et oligomère, d) au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol.
2. Utilisation selon la revendication 1 caractérisée en ce que :
- ladite partie (II) présente une viscosité comprise entre 900 et 2500 mPa.s, - et la partie (I) présente une viscosité comprise entre 300 et 1000 mPa.s.
3. Utilisation selon la revendication 2 caractérisée en ce que :
- ladite partie (II) présente une viscosité comprise entre 900 et 1800 mPa.s incluse,
4. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que dans la partie (I) de la formulation, le composant (b) est présent dans un rapport molaire compris entre 5 % et 15 % inclus de fonction uréthane par rapport à l'ensemble des fonctions isocyanates présentes dans la partie (I).
5. Utilisation selon la revendication 4 caractérisée en ce que dans la partie (I) de la formulation, le composant (b) est présent dans un rapport molaire de 10 % de fonction uréthane par rapport à l'ensemble des fonctions isocyanates présentes dans la partie (I).
6. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que dans la partie (II) de la formulation, le glycérol étherate alcoxylé (c) est de formule (C) :
HO-(R1 -O)n-CH2-CH(-(O-R2)m-OH)-CH2-(O-R3)p-OH (C) dans laquelle :
- Ri, R2 et R3, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un groupement (C2-C4)alkylène, linéaire ou ramifié; n, m et p, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 6 inclus.
7. Utilisation selon la revendication 6 caractérisée en ce que les composés de formule ' (C) sont tels que :
- Ri, R2 et R3, identiques, représentent un groupement éthylène ou un groupement isopropylène ;
- n, m et p, identiques, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus.
8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que la partie (c) de la partie (II) de ladite résine comprend les composés de formule (C) dans laquelle :
- R1, R2 et R3, identiques, représentent un groupement isopropylène ;
- n, m et p, identiques, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ; - et le rapport entre la forme monomère (n = m = p = 1) et les formes oligomères
(n = m = p > 1) est compris entre 100/0 et 90/10 inclus.
9. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que dans la partie (II) de ladite résine, la partie (d) comprend au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol et/ou triol de formule (D) :
R4-N(R5)-R8-N(R7)-R6 (D) dans laquelle :
- R4, R5 et R6, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre représentent un groupement de formule (Dl) : -(R9-O)n-(R10-O)V-H (Dl) o dans laquelle : o R9 et R10, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un groupement choisi parmi éthylène, rc-propylène, et isopropylène ; o u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 0 et 3 inclus, étant entendu que u et v ne représentent pas simultanément la valeur 0 ;
- R7 représente un atome d'hydrogène ou un groupement R4 tel que défini précédemment ; - R8 représente un groupement (C2-C4)alkylène, linéaire ou ramifié.
10. Utilisation selon la revendication 9 caractérisée en ce que les composés de formule (D) sont tels que :
- R8 représente un groupement éthylène ; - R4, R5 et R6 sont identiques et définis tels que précédemment ;
- R7 est tel que défini précédemment ; et
- R9 et R10 sont différents et définis tels que précédemment.
11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisée en ce que la partie (d) de la partie (II) de ladite résine comprend : i. au moins une diamine tertiaire polyalcoxylée tétraol de formule (D) dans laquelle :
- R4, R5, R6 et R7, identiques représentent chacun un groupement de formule (Dl) dans laquelle : • R9 représente un groupement éthylène ;
• R10 représente un groupement isopropylène ;
• u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ;
- R8 représente un groupement éthylène ; ii. éventuellement une ou plusieurs diamine(s) tertiaire(s) polyalcoxylée(s) triol(s) de formule (D) dans laquelle :
R4, R5 et R6 représentent chacun un groupement de formule (Dl) dans laquelle :
• R9 représente un groupement éthylène ou isopropylène ;
• R1O représente un groupement isopropylène ou éthylène ; • u et v, identiques ou différents, indépendamment l'un de l'autre, représentent un entier compris entre 1 et 3 inclus ; R7 représente un atome d'hydrogène ;
- R8 représente un groupement éthylène ; iii. et le rapport entre (i) et (ii) est compris entre 100/0 et 90/10 inclus.
12. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que dans la partie (II), le rapport entre Ja partie (c) et ja partie (d^ est compris entre 70/30 et 95/5 inclus.
13. Utilisation selon la revendication 12 caractérisée en ce que dans la partie (II), le rapport entre la partie (c) et la partie (d) est compris entre 75/25 et 90/10 inclus.
14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13 caractérisée en ce que dans la partie (II), le rapport entre la partie (c) et la partie (d) est égale à 80/20.
15. Utilisation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le rapport molaire entre la partie (I) et la partie (II) de ladite résine est compris 0,95 et 1,1 inclus.
16. Substrat de lentille optique, caractérisé en ce qu'il est susceptible d'être obtenu à partir d'une résine polyuréthane thermodurcissable telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 15, ladite résine ayant été moulée puis polymérisée
17. Substrat selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est revêtu d'au moins une couche telle que notamment un revêtement anti-abrasion; une primaire d'adhésion ; un revêtement anti-reflet, revêtement anti-salissures, revêtement polarisant.
18. Substrat selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il est coloré par des techniques classiques de coloration.
19. Lentille optique caractérisée en ce qu'elle comprend un substrat selon l'une quelconque des revendications 16 à 18.
20. Lentille optique selon la revendication 19, caractérisée en ce que ladite lentille est une lentille ophtalmique.
21. Procédé de fabrication d'une lentille optique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de fabrication du substrat, dans laquelle on mélange les parties (I) et (II) de la résine telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 15, à une température comprise entre 18°C et 6O0C, on remplit avec la résine obtenue un moule adapté pour la fabrication de lentilles optiques, ledit remplissage s'effectuant manuellement ou mécaniquement, puis on polymérise la résine placée dans le moule, de préférence entre 80 et 130°C, et on effectue ensuite une étape de recuit.
22. Procédé de fabrication selon la revendication 21 caractérisé en ce que ladite étape de mélange des parties (I) et (II) de la résine s'effectue à une température comprise entre 2O0C et 40°C.
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