Оптические устройства, образованные из обрабатываемых расплавов термопластичных материалов, имеющие высокий показатель преломления

 

Изобретение относится к оптическому устройству, представляющему собой офтальмологическую линзу, заготовку линзы или предварительно отформованную заготовку линзы и содержат термопластичный материал, соответствующий формуле

где n=20-200; R - водород, или

и X равен 10-100 мол.%

0-90 мол.%

или 0-90 мол.% .

Также изобретение относится к способу формирования оптического устройства. Изобретение позволяет получить оптические устройства оптически прозрачные и имеющие более тонкие кромки благодаря их более высоким значениям показателя преломления. 2 с. и 13 з.п. ф-лы.

Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение касается в общем оптических устройств, таких, как линзы (однофокальные и многофокальные), линзы с постепенным увеличением, заготовки линз и предварительно отформованные заготовки линз.

Предпосылки создания изобретения

Линзы, образованные из термопластичных материалов, пользуются увеличивающейся популярностью. Усовершенствование производства таких линз включает в себя использование материалов, имеющих меньший вес и не имеющих нежелательного цвета.

Привлекательный и важный способ оптимизирования пластмассовой линзы состоит из использования материалов, имеющих высокий показатель преломления. Это дает возможность разработчикам линз разрабатывать более тонкие линзы, имеющие поверхности с большими радиусами кривизны.

В качестве потенциальных претендентов для изготовления материалов с высоким показателем преломления для оптических применений, в частности в области очков, признаны ароматические термопласты. Ароматические термопласты обычно подходят к оптическим применениям и имеют показатель преломления, равный примерно 1,59. Однако известно, что эти материалы подвержены нежелательной хроматической аберрации.

В литературе описаны ароматические простые полиэфиры, которые в структурной единице содержат составляющую трифенилфосфиноксида. Ароматические простые полиэфиры, содержащие фосфиноксидную группу, показаны или предложены и описаны в патентах США №4108837 и 4175175. Некоторые работы выполнены с целью попытки использования этих материалов в качестве оптического волокна малого радиуса действия и в качестве стойкого к плазме покрытия.

Эти материалы можно синтезировать посредством химической реакции разнообразных бисфенолов с 4,4ʹ-бис(фторофенил) фенилфосфиноксидом (BFPPO) при наличии такого основания, как карбонат калия в биполярных апротонных растворителях типа N-метилпирролидинона (МИР) или N,N-диметилацетамида (DMAC). Средства синтезирования этих соединений известны, и многие из их физических свойств приведены в литературе. Например, в работах К.Д. Смита и др. "SAMPE Symps Exib.", т.35, №1, стр. 108-122 (1990 г.); Р.Л.Холцберлина и др. "Приготовление полимеров", т.30, №1, стр.293 (1989 г.); Д.Б. Придди и др. "Приготовление полимеров", т.34, №1, стр. 310-311 (1993); Д.Б.Придди и др. "Приготовление полимеров", т.33, №2, стр. 231-232 (1992 г.); К.Д. Смита и др. "Приготовление полимеров", т.32, №1, стр. 93-95 (1991 г.); К.Д.Смита и др. "Полимеры с высокими характеристиками", т.3, №4, стр. 211-229 (1991 г.). Управляемый молекулярный вес с нереакционноспособными концевыми группами можно производить, например, посредством использования монофункционального мономера типа 4,третбутилфенола.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение касается оптических устройств, образованных из содержащих фосфиноксид ароматических простых полиэфиров и сополимеров с нереакционноспособными концевыми группами. Эти простые полиэфиры с управляемым, молекулярным весом проявляют хорошие механические свойства, а также благоприятные оптические свойства, например, показатель преломления, равный по меньшей мере 1,63, хорошую прозрачность и светлый цвет. Эти параметры являются критическими при разработке имеющих хорошее качество тонких и легких офтальмологических линз. Оптические устройства, изготавливаемые из этих материалов, также менее подвержены хроматическим аберрациям.

Настоящее изобретение относится также к способу формирования оптического устройства, представляющего собой офтальмологическую линзу, заготовку линзы или предварительно отформованную заготовку линзы, содержащему этап полимеризации составляющей фосфиноксида и смеси циклоарилсоставляющей и бициклоарилсоставляющей.

Полагают, что нереакционноспособные концы цепи помогают поддерживать устойчивую вязкость расплава во время операции обработки и гарантируют, что из-за удлинения цепи или разветвления цепи во время обработки не происходит изменение вязкости расплава, которое также ведет к потере оптических свойств. Превосходная термомеханическая устойчивость этих материалов позволяет обрабатывать их при довольно высоких температурах без термического и механического разрушения.

Подробное описание изобретения.

Ароматические простые полиэфиры, которые содержат составляющую фосфиноксида в остове полимерной цепи, обладают критическими свойствами для их успешного применения в области офтальмологических линз для защитник очков. Наличие составляющей фосфиноксида в остове полимерной цепи вносит вклад в более высокий показатель преломления, а также в улучшение термических и механических свойств. Эти материалы проявляют высокие температуры стеклования в диапазоне 200-225°С и, следовательно, должны обрабатываться при повышенной температуре, например, 325-350°С. Механические свойства этих материалов показывают, что они являются прочными, пластичными и все же стекловидными материалами в условиях окружающей среды и, следовательно, облегчают создание тонких линз, которые обладают хорошей ударной вязкостью.

Содержащий нереакционноспособный фосфиноксид с правильно блокированным концом ароматический простой эфир описывается нижеприведенной формулой 1

Полимер можно образовать посредством показанной ниже химической реакции BFPPO, бифенола А и 4-трет-бутилфенола, при условиях, описанных в примере 1.

Другие гомополимеры можно создавать вместо бифенола "А" посредством использования различных бифенолов, например, гидрохинона, дифенола, 4,4ʹ-оксидифенола или би(4-гидроксифенил) сульфона.

Количество сополимеров простого полимера можно предусматривать посредством замещения части мономера фосфиноксида либо 4,4ʹ дихлордифенилсульфоном, либо 4,4ʹ дифторбензофеноном. Общую структуру таких сополимеров можно показать следующим образом:

где R=-Н, или

Однако необходимо поддерживать безводные морфологии.

Оптические устройства, изготовленные из этих материалов, являются оптически прозрачными и имеют более тонкие кромки, чем обычные офтальмологические пластмассовые линзы, благодаря их более высоким значениям показателя преломления.

Пример 1(приготовление полимера).

31,43 г (0,1 моля) 4,4ʹ-бис(фторофенил) фенилфосфиноксида (BFPPO) [молекулярный вес=314,2706] вместе с 22,25 г (0,098 моля) бисфенола "А" [молекулярный вес=228,2902], вместе с 0,70 г (0,005 моля) 4-трет-бутилфенола [молекулярный вес=138,209] были загружены в реакционную колбу с 4 шейками, снабженную цилиндрической трубкой для аргона, подвесной механической мешалкой и ловушкой Дин-Старка, подсоединенной к парциальному конденсатору горячего орошения. Реагирующие вещества были растворены в достаточном количестве DMA.C (N,N-диметилацетамид) для составления 30% раствора по весу в смеси DMA.C и хлорбензола (80:20). Хлорбензол служит для функционирования в качестве азеотропирующего растворителя с целью эффективного удаления воды конденсации при ее образовании во время полимеризации. Реакция вначале поддерживалась при температуре 135-140°С в течение 4 ч до полной отгонки воды конденсации, После этого температуру реакции постепенно увеличивали примерно до 165°С и удерживали такой в течение дополнительных 16 ч. Затем дали возможность продукту реакции охладиться до комнатной температуры и его фильтровали с целью удаления неорганических солей и нейтрализовали ледяной (кристаллической) уксусной кислотой и отделили посредством охлаждения в быстро перемешиваемую смесь метанола и воды в высокоскоростной машине. Затем выпавший в осадок полимер фильтровали и сушили в вакуумной печи при температуре примерно 200°С в течение ночи после неоднократной промывки метанолом для удаления всех следов растворителя.

Предпочтительный диапазон средней величины молекулярного веса этих полимеров составляет приблизительно 15000-25000 г/моль. При верхней средней величине молекулярного веса 25000 г/моль вязкость расплава может оказаться слишком высокой для быстрой обработки. Поэтому полимеры необходимо синтезировать с намеченным молекулярным весом 20000 г/моль. Из литературы известно, что длину цепи полимера и, таким образом, молекулярный вес полимера можно регулировать посредством управления отношением фосфиноксида к арилсоставляющим, используемым в процессе синтеза.

Пример 2 (формирование линз).

Простая линза диаметром 80 мм с показателем преломления 1,66, сферической силой света -6,00 D при толщине в центре 1,00 мм изготовлена из описанного в примере 1 полимера посредством обработки расплава полимера с помощью экструдера и затем образования линзы из нагретого экструдируемого материала в аппарате инжекционного прессования. Толщина кромок такой линзы составляет 8,8 мм.

Соответствующая линза с высоким показателем преломления, сделанная из поликарбоната, имеющего показатель преломления 1,58 при том же наборе параметров (то есть толщине в центре 1,00 мм, сферической силе света -6,00 D и диаметром линзы 80 мм) имеет толщину кромок 10,0 мм.

Вышеприведенный неограничивающий пример представлен в качестве иллюстрации. Объем настоящего изобретения определяется только посредством нижеприведенной формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Оптическое устройство, представляющее собой офтальмологическую линзу, заготовку линзы или предварительно отформованную заготовку линзы и содержащее термопластичный материал, соответствующий формуле:

где n=20-200, R - водород,

или

X равен 10-100 мол.%

0-90 мол.%

или 0-90 мол.%

2. Устройство по п.1, в котором молекулярный вес полимера составляет от примерно 15000 до примерно 25000.

3. Устройство по п.1, в котором молекулярный вес полимера составляет примерно 20000.

4. Устройство по п.1, в котором термопластичный материал имеет формулу:

где n=30-70.

5. Устройство по любому из пп.1, 2, 3 или 4, которое представляет собой очковое стекло.

6. Устройство по любому из пп.1, 2, 3 или 4, которое представляет собой заготовку из очкового стекла.

7. Устройство по любому из пп.1, 2, 3 или 4, которое представляет собой предварительно отформованную заготовку из очкового стекла.

8. Устройство по любому из пп.1, 2, 3 или 4, которое представляет собой линзу с постепенным увеличением.

9. Устройство по любому из пп.1, 2, 3 или 4, которое представляет собой бифокальную очковую линзу.

10. Способ формирования оптического устройства, представляющего собой офтальмологическую линзу, заготовку линзы или предварительно отформованную заготовку линзы, содержащий этап полимеризации составляющей фосфиноксида и смеси циклоарилсоставляющей и бициклоарилсоставляющей.

11. Способ по п.10, в котором указанная смесь циклоарилсоставляющей и бициклоарилсоставляющей представляет собой смесь бисфенола и бутилфенола.

12. Способ по п.10 или 11, в котором устройство представляет собой очковое стекло.

13. Способ по п.10 или 11, в котором устройство представляет собой заготовку из очкового стекла.

14. Способ по п.10 или 11, в котором устройство представляет собой предварительно отформованную заготовку из очкового стекла.

15. Способ по п.12, в котором устройство представляет собой линзу с постепенным увеличением.