具体实施方式
对本发明的塑料镜片以及塑料镜片的制造方法的实施方式描述如下。
这一实施方式中的塑料镜片包含塑料镜片基材、形成在所述塑料镜片基材上的底涂层、形成在底涂层上表面上的硬膜层和形成在硬膜层上 表面上的有机防反射层。
塑料镜片基材、底涂层、硬膜层和有机防反射层(下文简称为“防反射层”)描述如下。
1.塑料镜片基材
塑料镜片基材(下文简称为“镜片基材”)的材料不受特别限制,只要是塑料树脂即可。优选使用折射率为1.6以上的镜片材料,以获得相对于镜片基材的上层上形成的包含有机薄膜的防反射层的折射率差。折射率为1.6以上的镜片材料的例子包括硫代聚氨酯塑料,所述硫代聚氨酯塑料是通过使具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物与具有巯基的化合物反应而制得的;和环硫塑料,所述环硫塑料是通过使包含具有环硫基的化合物的原料单体聚合并固化而制得的。
具有异氰酸酯基团或异硫代异氰酸酯的化合物(聚硫代聚氨酯塑料的主要组分)可以采用公知化合物。
具有异氰酸酯基团的化合物的具体例子包括亚乙基二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和间二甲苯二异氰酸酯。
具有巯基的化合物也可以采用公知的化合物。
具有巯基的化合物的例子包括诸如1,2-乙二硫醇、1,6-己二硫醇和1,1-环己烷二硫醇等脂肪族多元硫醇,以及1,2-二巯基苯、1,2,3-三(巯基甲基)苯等芳香族多元硫醇。
为了得到高折射率的塑料镜片,更优选使用除了巯基以外还含有硫原子的多元硫醇。所述多元硫醇的例子包括1,2-二(巯基甲硫基)苯、1,2,3-三(巯基乙硫基)苯和1,2-二(2-(巯乙基)硫基)-3-巯基丙烷。
作为环硫塑料的原料单体使用的具有环硫基的化合物可以不受限制地采用公知的具有环硫基的化合物。
所述化合物的例子包括通过以硫原子置换常规环氧化合物的环氧基中部分或全部的氧原子所得到的环硫化合物。
为了得到高折射率的塑料镜片,更优选使用除了环硫基以外还含有硫原子的化合物。这样的化合物的例子包括1,2-双(β-环硫丙硫基)乙烷、 双(β-环硫丙基)硫醚、1,4-双(β-环硫丙硫基甲基)苯、2,5-双(β-环硫丙硫基甲基)-1,4-二噻烷和双(β-环硫丙基)二硫醚。
用于制造本发明中所用的镜片基材的聚合方法不受特别限制,可以使用制造镜片基材中常用的聚合方法。
例如,使用乙烯基单体作为原料时,可以使用诸如有机过氧化物等热聚合引发剂,通过使单体热固化来制造镜片基材。而且,还可以使用二苯甲酮等光聚合引发剂,通过紫外线照射使单体固化来制造镜片基材。
在使用通过使具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物与具有巯基的化合物反应而制得的硫代聚氨酯塑料的情况中,可以通过如下方式制造镜片基材:混合具有异氰酸酯基或异硫氰酸酯基的化合物和具有巯基的化合物后,向所得混合物中添加聚氨酯树脂用固化催化剂,在加热下使所得混合物聚合,然后固化所得到的聚合物。所用固化催化剂的具体例子包括诸如乙胺、乙二胺、三乙胺和三丁胺等胺类化合物;二丁基二氯化锡;以及二甲基二氯化锡。
在使用通过将含有具有环硫基的化合物的原料单体聚合并固化所得聚合物而得到的环硫塑料作为镜片材料的情况中,可以通过如下方式制造镜片基材:单独使用具有环硫基的化合物或将所述化合物与具有能够与含环硫基的化合物共聚的其他单体混合后,向其中添加环氧树脂用固化催化剂,接着混合并在加热下聚合所得混合物,然后固化所得聚合物。
对环氧树脂用固化催化剂没有特殊限制,任何环氧树脂用固化催化剂均可使用。所用固化催化剂的例子包括二甲基苄胺、二甲基环己胺、二乙基乙醇胺、二丁基乙醇胺和三(二甲氨基甲基)苯酚等叔胺;以及乙基甲基咪唑等咪唑化合物。
能够与具有环硫基的化合物共聚的其他单体的例子包括具有羟基的化合物、具有巯基的化合物、一级胺或二级胺和具有羧基的化合物。
具有羟基的化合物的具体例子包括异丙醇和正己醇等醇;以及乙二醇、1,6-己二醇、季戊四醇二(甲基丙烯酸)酯和季戊四醇二丙烯酸酯等多元醇。
具有巯基的化合物的具体例子包括苯硫酚、巯基乙酸乙酯、双(2-巯 基乙基)硫醚和2,5-二巯甲基-1,4-二噻烷。
2.底涂层
底涂层形成于镜片基材的表面。底涂层存在于前述的镜片基材与后述的硬膜层之间的界面处,具有提高在镜片基材上形成的表面处理层的耐久性的特性。而且,底涂层还具有作为吸收外部冲击的层的特性,因而还具有提高耐冲击性的特性。底涂层使用涂覆组合物来形成,所述涂覆组合物包含作为粘合剂组分的树脂和作为填充剂组分的金属氧化物微粒。
作为粘合剂组分的树脂表现出与镜片基材和硬膜层两者的密合性。作为填充剂组分的金属氧化物颗粒表现出底涂层的折射率,同时用以提高底涂层的交联密度,由此实现提高耐水性、耐候性和耐光性。
作为粘合剂组分的树脂的例子包括聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚烯烃树脂、氨基甲酸酯-丙烯酸酯树脂和环氧丙烯酸酯树脂。在这些树脂中,从耐久性、耐冲击性、液体储存稳定性、吸湿稳定性、染色稳定性和低温固化性的角度来看,可以优选使用聚酯树脂。在聚酯树脂中存在很多用以密合的官能团。因此,聚酯树脂对镜片基材和硬膜层具有优异的密合性,由此提高了耐久性。
可以使用的聚酯树脂的例子包括在JP-A-2000-144048中所述的聚酯类热塑性弹性体。所述聚酯类热塑性弹性体是使用聚酯作为硬链段(H)构成成分并使用聚醚或聚酯作为软链段(S)构成成分的多嵌段共聚物。硬链段(H)与软链段(S)的重量比(H/S)为30/70至90/10,优选为40/60至80/20。
作为硬链段构成成分的聚酯基本上由二羧酸和低分子二醇构成。
二羧酸的例子包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和2,6-萘二羧酸等芳香族二羧酸;琥珀酸、己二酸、壬二酸、十亚甲基二羧酸和十八烷二羧酸等碳原子数为4~20的直链饱和脂肪族二羧酸;ε-氧化己酸等脂肪族氧代羧酸;通过使具有双键的脂肪族单羧酸二聚形成的二元酸等二聚酸;以及这些羧酸的成酯性衍生物。其中,优选使用对苯二甲酸和2,6-萘二羧酸。
低分子二醇的例子包括乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二 醇、1,6-己二醇和新戊二醇等脂肪族二醇;1,6-环己烷二甲醇等环式二醇;以及这些二醇的成酯性衍生物。其中,优选使用乙二醇和1,4-丁二醇。
另一方面,作为软链段构成成分的聚酯包括二羧酸和长链二醇。
二羧酸的例子包括与作为硬链段构成成分的聚酯中的化合物相同的化合物。
长链二醇的例子包括聚(1,2-丁二烯二醇)、聚(1,4-丁二烯二醇)及其氢化产物。而且,作为聚酯组分,也可以使用ε-己内酯(C6)、庚内酯(C7)以及辛内酯(C8)。其中可以优选使用ε-己内酯。
作为软链段构成成分的聚醚的例子包括聚氧化乙烯二醇、聚(1,2-环氧丙烷)二醇、聚(1,3-环氧丙烷)二醇和聚(四氢呋喃)二醇等聚(环氧烷)二醇,其中可以优选使用聚(四氢呋喃)二醇。
聚酯类热塑性弹性体的制造方法例如如下所示。通过在钛酸四丁酯等催化剂的存在下,于150℃~200℃的温度,加热脂肪族长链二醇和过量的低分子二醇,来使二羧酸的低级烷基酯进行酯交换反应,由此形成低聚合物。然后在高真空条件下,于220℃~280℃的温度加热搅拌如此形成的低聚合物以使其缩聚,由此得到聚酯类热塑性弹性体。所述低聚合物也可以通过将二羧酸与长链二醇和低分子二醇之间的直接酯化反应来得到。
聚酯类热塑性弹性体可以与其他聚合物混合使用。所述可以混合的其他聚合物的例子包括常用的酯树脂(PBT和PET等)、酰胺树脂和酰胺类热塑性弹性体。当混合使用所述其他的聚合物时,所述其他的聚合物占所用的全部聚合物的比例小于50%,优选小于30%。
聚酯类热塑性弹性体可以制成溶液型的底涂层组合物。然而,从加工性和环境保护的角度来看,优选以水性乳液的形式使用聚酯类热塑性弹性体作为底涂层组合物。所述水性乳液可以按照常用的方法形成。具体地说,优选采用在表面活性剂(外部乳化剂)的存在下向聚合物施加高机械剪切力以强制乳化该聚合物的强制乳化法。
可以使用的作为填充剂的金属氧化物的例子包括诸如Si、Al、Ti、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr和In等金属的氧化物。其中,从 折射率、透明性、耐光性和稳定性的角度来看,优选使用包含二氧化钛作为主要组分的金属氧化物微粒。金属氧化物微粒可以是二氧化钛与其他无机氧化物的复合微粒。可以使用的复合微粒的例子包括诸如Si、Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr和In等金属的氧化物与二氧化钛的复合物。金属氧化物微粒的平均粒径优选为1nm~200nm,更优选5nm~30nm。
优选通过将金属氧化物微粒分散于例如水、醇或其他有机溶剂等分散剂中来使用金属氧化物微粒。该情况中,为了提高金属氧化物微粒的分散稳定性,可以以有机硅化合物或胺类化合物处理无机氧化物颗粒的表面。
处理中所用的有机硅化合物的例子包括单官能性硅烷、双官能性硅烷、三官能性硅烷和四官能性硅烷。
所用的胺类化合物的例子包括铵;乙胺、三乙胺、异丙胺和正丙胺等烷胺;苄胺等芳烷胺;哌啶等脂环胺;以及单乙醇胺和三乙醇胺等烷醇胺。基于无机氧化物颗粒的重量,这些有机硅化合物和胺类化合物的添加量优选约为1重量%~15重量%。
在用于表面处理的上述化合物中,优选使用具有环氧基的有机硅化合物。采用经具有环氧基的有机硅化合物处理的金属氧化物微粒可以使与聚酯树脂的粘合点增加,并能使底涂膜的交联密度进一步提高,由此提高了耐久性。
在使用含有二氧化钛的金属氧化物微粒作为所述金属氧化物微粒时,优选该金属氧化物微粒包含具有金红石晶体结构的二氧化钛的复合氧化物核微粒。不过,在后叙的硬膜层中使用包含具有金红石晶体结构的二氧化钛的金属氧化物微粒时,由于硬膜层具有紫外线吸收性能,底涂层中可以使用包含具有光活作用高于金红石型的锐钛矿晶体结构的二氧化钛的复合氧化物微粒。
在无机氧化物微粒中,除了使用二氧化钛以外,还可以使用氧化锡。例如,还可以使用无机氧化物微粒,所述无机氧化物微粒包含氧化锡、氧化锡颗粒和氧化锆颗粒、或包含氧化锡颗粒、氧化锆颗粒和二氧化硅 颗粒等复合微粒作为核,核表面以二氧化硅、氧化锆、五氧化锑或氧化铝中的至少一种复合胶体颗粒包覆。
氧化锡比二氧化钛的折射率低,为了得到高折射率的底涂层,需要增加其使用量。然而,考虑到与二氧化钛相比,氧化锡的光活性作用较少。因此,当对底涂层和硬膜层它们本身的耐久性有要求时,优选组合有氧化锡。
然而,考虑到耐光性和折射率,底涂层中更优选使用包含具有金红石晶体结构的二氧化钛的复合氧化物微粒。包含具有金红石晶体结构的二氧化钛的复合氧化物微粒不仅具有优异的耐光性,而且还具有高于锐钛矿型的折射率。因此,可以减少包含具有金红石晶体结构的二氧化钛的复合氧化物微粒在底涂层中的用量,结果可以增加有助于密合的树脂组分的量。
如果需要,使用溶剂稀释如此得到的用于形成底涂层的涂覆组合物。用于稀释的溶剂的例子包括醇类、酯类、酮类、醚类和芳香族溶剂。
如果需要,涂覆组合物可以含有少量的金属螯合物、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、分散染料、油溶染料、颜料、光致变色化合物、受阻胺类或受阻酚类耐光耐热稳定剂等,由此改善涂布液的涂布性、固化速度和固化后的涂膜性能。
在涂布涂覆组合物(涂布液)时,为了提高镜片基材与底涂层膜的密合性,优选事先对镜片基材的表面进行预处理。所述预处理可以采用碱处理、酸处理、表面活性剂处理、以无机微粒或有机微粒进行的剥离/研磨处理或等离子体处理等。
涂布/固化所述涂覆组合物的方法为:使用浸渍法、旋涂法、喷涂法、辊涂法或流涂法将涂覆组合物涂布到镜片基材上,并通过在40℃~200℃的温度对所得涂层进行数小时加热干燥,从而形成底涂层。底涂层的厚度为0.01μm~30μm,优选为0.05μm~30μm。如果底涂层的厚度过小,则无法表现出耐久性或耐冲击性;另一方面,如果底涂层的厚度过大,则有损于表面平滑性,或者可能会产生光学应变或是白浊或模糊等外观上的缺陷。
3.硬膜层
在形成于镜片基材表面的底涂层上形成硬膜层。
为了抑制干涉条纹,要求硬膜层具有与高折射率的塑料镜片基材相同水平的高折射率。为了使硬膜层具有高折射率,常用的方法是使用具有高折射率的无机氧化物微粒。具体地说,使用无色透明无机氧化物微粒,所述无色透明无机氧化物微粒包含含有选自Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr、In和Ti中的至少一种金属的氧化物(包括它们的混合物)的复合氧化物和/或包含含有至少两种金属的复合氧化物。其中,从折射率、透明性和分散稳定性等的角度来看,一般使用含有二氧化钛的无机氧化物微粒。
然而,在使用含有二氧化钛的无机氧化物微粒作为硬膜层用的金属氧化物时,存在如下问题。二氧化钛具有受光(紫外线)时获得活性以及通过强氧化分解力而分解有机物的特性(下文中表示为“光活性”)。结果,在二氧化钛作为硬膜层的构成成分而被包含在硬膜层中时,由于光活性而将例如作为硬膜层的另一主要构成成分的硅烷偶联剂等有机物分解,使硬膜层产生裂纹或剥落,从而使耐久品质呈现降低的趋势。
与此相对的是,优选使用含有具有金红石晶体结构的二氧化钛的金属氧化物。换言之,使用含有具有金红石晶体结构二氧化钛的金属氧化物微粒时,能够改善由二氧化钛的光活性引起的各种缺点。其原因如下。当含有二氧化钛的金属氧化物的晶体结构由锐钛矿型改变为金红石型时,可以进一步提高耐候性和耐光性。而且,金红石型晶体的折射率高于锐钛矿型晶体,结果获得折射率相对较高的无机氧化物微粒。
具有锐钛矿金红石晶体结构的二氧化钛具有受光(紫外线)时获得活性以及通过强氧化分解力分解有机物的特性,与其不同的是,具有金红石晶体结构的二氧化钛的光活性低。其原因如下。当二氧化钛受到光(紫外线)的照射时,二氧化钛的价电子带中的电子受到激发,形成OH自由基和HO2自由基,通过这种强氧化力将有机物分解。然而,在热能中,金红石二氧化钛比锐钛矿二氧化钛更稳定,因而自由基的生成量非常少。因此,其中添加有具有金红石晶体结构的二氧化钛的硬膜层具有优异的 耐候性和耐光性,并且由有机薄膜构成的防反射层不会因为硬膜层而变性,结果得到具有优异的耐候性和耐光性的塑料镜片。
根据本实施方式,塑料镜片中的硬膜层由包含以下A组分、B组分和C组分的涂覆组合物形成。
A组分:金属氧化物微粒。
B组分:以下式表示的有机硅化合物:
R1SiX1 3
其中,R1表示具有聚合反应性基团的碳原子为2个以上的有机基团,而X1表示水解性基团。
C组分:由下式(1)表示的具有二苯基硫醚结构的化合物:
其中,R和R′各自表示烃基或羟基,而n为0~5。
作为A组分的金属氧化物微粒说明如下。
A组分优选使用平均粒径为1nm~200nm的金属氧化物微粒,该金属氧化物微粒包含含有二氧化钛和氧化锡或者含有二氧化钛、氧化锡和二氧化硅的具有金红石晶体结构的复合氧化物核粒,微粒表面包覆有含有二氧化硅和氧化锆和/或氧化铝的复合氧化物的包覆层。
如前文所述,当二氧化钛受到光(紫外线)照射时,二氧化钛的价电子带中的电子受到激发,形成OH自由基和HO2自由基,通过这种强氧化力将有机物分解。然而,在热能中,金红石二氧化钛比锐钛矿二氧化钛更稳定,因而自由基的生成量非常少。然而,即使在金红石二氧化钛中也会形成自由基。因此,优选使用包含复合氧化物的核粒,该核粒的表面包覆有包含二氧化硅和氧化锆和/或氧化铝的复合氧化物的包覆层。其原因在于,核粒形成的自由基类似地具有强氧化力,但是不稳定。结果,在通过包覆层时,由于包覆层的催化作用,自由基消失了。
可以考虑一些获得具有金红石晶体结构的二氧化钛的技术。优选以下技术:制成与氧化锡的复合氧化物,并在其中进一步添加了二氧化硅的复合氧化物。在将与氧化锡的复合物添加到无机氧化物微粒中时,关 于包含在无机氧化物微粒中的二氧化钛和氧化锡的量,在将二氧化钛换算为TiO2并将氧化锡换算为SnO2时,TiO2/SnO2的重量比为1/3至20/1,优选为1.5/1至13/1。
当减少SnO2的量,使其低于上述重量比范围时,晶体结构从金红石型转为锐钛矿型,得到含有金红石晶体与锐钛矿晶体的混合晶体,或得到锐钛矿晶体。另一方面,当增加SnO2的量使其高于上述重量比范围时,形成介于二氧化钛的金红石晶体与氧化锡的金红石晶体之间的金红石晶体结构中间体,因而显示出与所谓的二氧化钛的金红石晶体不同的晶体结构。而且,得到的无机氧化物微粒的折射率也会降低。
在添加有氧化锡的复合氧化物中又向其中添加了二氧化硅的复合氧化物的情况中,关于无机氧化物微粒中所含的二氧化钛、氧化锡和二氧化硅的量,当将二氧化钛换算为TiO2,将氧化锡换算为SnO2且将二氧化硅换算为SiO2时,TiO2/SnO2的重量比为1/3至20/1,优选为1.5/1至13/1;且(TiO2+SnO2)/SiO2的重量比为50/45至99/1,优选为70/30至98/2。
SnO2含量与添加有氧化锡的复合氧化物的情况相同。通过向复合氧化物进一步添加二氧化硅,能够提高所得的无机氧化物微粒的稳定性和分散性。当减少SiO2的量使其低于上述重量比的范围时,稳定性和分散性会劣化。另一方面,当增加SiO2的量使其高于上述重量比范围时,虽然稳定性和分散性会进一步提高,但由于得到的无机氧化物微粒的折射率降低,所以这是不适宜的。不过,在金红石型二氧化钛中也会生成自由基。即使在使用包含含有二氧化钛的两种以上的复合氧化物的无机氧化物微粒作为含有二氧化钛的无机氧化物微粒的情况中,同样会生成自由基。
包含具有金红石晶体结构的复合氧化物的核粒的表面以含有二氧化硅和氧化锆和/或氧化铝的复合氧化物包覆层进行包覆。
根据所使用的复合氧化物的组合,包覆层中所含的二氧化硅和氧化锆和/或氧化铝的含量优选从以下(a)~(c)三项中选择。
(a)以二氧化硅和氧化锆的复合氧化物形成包覆层的情况
关于包覆层中所含的二氧化硅和氧化锆的量:当将二氧化硅换算为 SiO2且将氧化锆换算为ZrO2时,SiO2/ZrO2的重量比为50/50至99/1,优选为65/35至90/10。
当ZrO2的量高于上述SiO2/ZrO2的重量比范围时,能够捕集自由基的Zr原子虽然增加了,但由于包覆层产生应变,无法形成致密的包覆层。结果,核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面,导致了有机物的氧化。另一方面,当减少ZrO2的量使其低于上述SiO2/ZrO2的重量比范围时,容易形成致密的包覆层。然而,用于能够捕集自由基的Zr原子减少了,核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面,导致有机物的氧化。
(b)以二氧化硅和氧化铝的复合氧化物形成包覆层的情况
关于包覆层中所含的二氧化硅和氧化铝的量,当将二氧化硅换算为SiO2且将氧化铝换算为Al2O3时,SiO2/Al2O3的重量比为60/40至99/1,优选为68/32至95/5。
当Al2O3的量高于上述SiO2/Al2O3的重量比范围时,能够捕集自由基的Al原子虽然增加了,但无法形成致密的包覆层。结果,核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面,导致了有机物的氧化。另一方面,当减少Al2O3的量使其低于上述SiO2/Al2O3的重量比时,容易形成致密的包覆层。然而,由于能够捕集自由基的Al原子减少了,核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面,导致有机物的氧化。
(c)以二氧化硅、氧化锆和氧化铝的复合氧化物形成包覆层的情况
关于包覆层中所含的二氧化硅、氧化锆和氧化铝的量,当将二氧化硅换算为SiO2,将氧化锆换算为ZrO2且将氧化铝换算为Al2O3时,SiO2/(ZrO2+Al2O3)的重量比为98/2至6/4,优选为95/5为7/3。
当ZrO2与Al2O3的总量高于上述SiO2/(ZrO2+Al2O3)的重量比范围时,能够捕集自由基的Zr原子和Al原子的总量虽然增加了,但无法形成致密的包覆层。结果,核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面,导致了有机物的氧化。另一方面,当减少ZrO2与Al2O3的总量使其低于上述SiO2/(ZrO2+Al2O3)重量比范围时,容易形成致密的包覆层。然而,由于能够捕集自由基的Zr原子和Al原子减少了,核粒生成的自由基暴 露在无机氧化物微粒的表面,导致有机物的氧化。
考虑到要防止核粒生成的自由基暴露在无机氧化物微粒的表面而导致有机物氧化的现象,包覆层的厚度为0.02nm~2.27nm,优选为0.16nm~1.14nm。
另外,在此使用的“构成核粒的复合氧化物”是指,包含二氧化钛和氧化锡的复合固溶体氧化物(包含掺杂的复合氧化物)和/或复合氧化物团簇,或是包含氧化锡和二氧化硅的复合固溶体氧化物(包含掺杂的复合氧化物)和/或复合氧化物团簇。构成核粒和/或包覆层的复合氧化物既可以是末端具有OH基的复合水性氢氧化物,也可以含有复合水性氢氧化物作为其一部分。
含有二氧化钛的无机氧化物微粒的平均粒径为1nm~200nm,优选为5nm~30nm。在平均粒径小于1nm时,微粒在用于在塑料基材上形成硬膜层的干燥过程中相互架桥化,而不能均匀地收缩。此外,这种收缩的收缩率也降低了,从而无法得到具有足够涂膜硬度的硬膜层。另一方面,在平均粒径超过200nm时,硬膜层变白,这样变白了的产品不适用于光学部件。
可以单独使用含有具有金红石晶体结构的二氧化钛的无机氧化物微粒,或者可以与其他无机氧化物微粒合用。可以使用的其他无机氧化物微粒的例子包括选自Si、Al、Sn、Sb、Ta、Ce、La、Fe、Zn、W、Zr和In中至少一种金属的氧化物(包含它们的混合物)以及含有至少两种金属的复合氧化物的无机氧化物微粒。
无机氧化物微粒的具体例子有:将平均粒径为1nm~200nm的含有包含金红石晶体结构的二氧化钛的无机氧化物微粒以胶体形式分散于例如水、醇类或其他有机溶剂而得到的分散介质。市售的分散介质的例子包括包含无机氧化物微粒的涂布用分散溶胶,所述无机氧化物微粒包含含有二氧化钛和氧化锡、或是含有二氧化钛、氧化锡和二氧化硅的具有金红石晶体结构的复合氧化物的核粒,所述核粒的表面包覆有包含二氧化硅和氧化锆和/或氧化铝的复合氧化物包覆层(OPTOLAKE,Catalysts&Chemicals Ind.Co.Ltd.的产品)。
为了提高涂覆组合物中的分散稳定性,可以使用表面经有机硅化合物、胺类化合物或诸如酒石酸或苹果酸等羧酸处理的那些无机氧化物微粒。
所述处理中使用的有机硅化合物的例子包括单官能性硅烷、双官能性硅烷、三官能性硅烷和四官能性硅烷。在进行处理时,既可以使水解性基团未受到处理,也可以使其受到水解。在进行水解处理后,优选水解性基团处于与微粒的-OH基反应的状态,不过即使水解性基团处于部分残留状态,在安全方面也是没有问题的。
胺类化合物的例子包括铵;乙胺、三乙胺、异丙胺和正丙胺等烷胺;苄胺等芳烷胺;哌啶等脂环胺;以及单乙醇胺和三乙醇胺等烷醇胺。这些无机硅化合物和胺类化合物等的量基于无机氧化物微粒的重量优选为1重量%~15重量%。
无机氧化物微粒的种类和混合量可以根据期望的硬度和折射率等来决定。混合量基于硬膜层组合物中的固体组分的重量为5重量%~80重量%,优选10重量%~50重量%。在混合量过少时,涂膜的耐磨损性可能会不足。另一方面,在混合量过多时,涂膜可能会产生裂纹,并且染色性也可能不足。
下面对B组分(以通式R1SiX1 3表示的有机硅化合物)进行说明。
B组分起到硬膜层粘合剂的作用。在通式R1SiX1 3中,R1为具有聚合反应性基团的有机基团,含有2个以上碳原子。R1具有诸如乙烯基、烯丙基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、1-甲基乙烯基、环氧基、巯基、氰基、异氰基和氨基等聚合反应性基团。
X1为水解性官能团,其例子包括诸如甲氧基、乙氧基和甲氧乙氧基等烷氧基;氯原子和溴原子等卤原子;以及酰氧基。
作为B组分的有机硅化合物的例子包括乙烯基三烷氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基-乙氧基)硅烷、烯丙基三烷氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三烷氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、巯丙基三烷氧基硅烷和γ-氨丙基三烷氧基硅烷。
作为B组分的有机硅化合物可以作为两种以上的混合物使用。
可以将A组分和B组分混合,从而制造出形成硬膜层用的硬膜液。在进行所述制造时,优选将其中分散有A组分的溶胶与B组分相混合。
A组分的混合量取决于硬膜层的硬度和折射率等。基于硬膜液中的固体组分的重量,所述混合量通常为5重量%~80重量%,优选10重量%~50重量%。在混合量过少时,硬膜层的耐磨损性可能会不够;另一方面,在混合量过多时,硬膜层中可能会产生裂纹。而且,对硬膜层进行染色时,染色性可能会劣化。
作为C组分的具有二苯基硫醚结构的所述化合物说明如下。
C组分起到所述底涂层和硬膜层之间的密合组分作用,由此提高耐久性。所述二苯基硫醚结构具有刚性苯环键接到硫原子上的结构,结果,具有这样特定结构的化合物具有挠性。因此,所述化合物据认为可以密合到所述底涂层和硬膜层上,同时还表现出挠性。结果可以提高耐冲击性。另外,虽然将具有二苯基硫醚结构的所述化合物用于所述硬膜层,但是据认为该化合物定位于所述底涂层和硬膜层之间,所述化合物对所述硬膜层本身的交联反应并没有实质上的帮助。因此,该化合物具有不损害耐擦伤性的效果。
具有二苯基硫醚结构的所述化合物的例子包括4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)和2,2’-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
具有二苯基硫醚结构的所述化合物的混合量基于涂覆组合物中的固体组分的重量优选为0.01重量%~5.0重量%,更优选为0.03重量%~1.0重量%。在此使用的术语“涂覆组合物中的固体组分”是指,通过干燥和固化涂覆组合物而获得的涂膜中所包含的主要组分。本文使用的术语“固体组分的重量”是指,涂覆组合物中的诸如金属氧化物溶胶、有机硅化合物、多官能性环氧化合物和催化剂等主要组分的总重量。
在具有二苯基硫醚结构的所述化合物的量小于0.01重量%时,不能充分展现上述效果,导致耐久性和耐冲击性的劣化。另一方面,在所述量超过5.0重量%时,所述化合物会对硬膜层本身的交联反应造成不利的影响,结果造成耐擦伤性发生劣化。
对于硬膜层而言,含有多官能性环氧化合物是非常有用的。虽然具有二苯基硫醚结构的化合物可以提高耐久性和耐冲击性,但是使用多官能性环氧化合物不仅可以提高硬膜层的耐水性,还可以使与作为底层的底涂层的密合性得到进一步稳定。具体说来,当多官能性环氧化合物的分子中存在羟基时,一般认为能够提高与底涂层的密合性。因此,通过使用一个分子中含有至少一个羟基的多官能性环氧化合物,可以减少该多官能性环氧化合物的总混合量。结果,可提高耐久性而不会使耐擦伤性劣化。另外,当利用有机薄膜在硬膜层的上面形成后叙的防反射层时,防反射膜在很多情况下具有非常小的厚度。特别是在防反射膜中使用其内部具有空洞的二氧化硅颗粒时,水分能够透过所述膜。因此,要求硬膜层具有耐水性。因而多官能性环氧化合物是非常有用的。
多官能性环氧化合物的例子包括1,6-己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、四甘醇二缩水甘油醚、九乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、三丙二醇二缩水甘油醚、四丙二醇二缩水甘油醚、九丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、新戊二醇羟基新戊酸酯的二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、双甘油二缩水甘油醚、双甘油三缩水甘油醚、双甘油四缩水甘油醚、季戊四醇二缩水甘油醚、季戊四醇三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚、二季戊四醇四缩水甘油醚、山梨糖醇四缩水甘油醚、三(2-羟乙基)异氰酸酯的二缩水甘油醚和三(2-羟乙基)异氰酸酯的三缩水甘油醚等脂肪族环氧化合物;异佛尔酮二醇二缩水甘油醚(isophoronediol diglycidyl ether)和双-2,2-羟基环己基丙烷二缩水甘油醚等脂环族环氧化合物;以及间苯二酚二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、双酚S二缩水甘油醚、邻苯二甲酸二缩水甘油醚、线型酚醛聚缩水甘油醚和甲酚线型酚醛聚缩水甘油醚等芳香族环氧化合物。
其中,可以优选使用1,6-己二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甘油二缩 水甘油醚、甘油三缩水甘油醚和三(2-羟乙基)异氰酸酯的三缩水甘油醚等脂肪族环氧化合物。
可以在硬膜层中添加固化催化剂。固化催化剂的例子包括高氯酸、高氯酸铵和高氯酸镁等高氯酸;包含以Cu(II)、Zn(II)、Co(II)、Ni(II)、Be(II)、Ce(III)、Ta(III)、Ti(III)、Mn(III)、La(III)、Cr(III)、V(III)、Co(III)、Fe(III)、Al(III)、Ce(IV)、Zr(IV)和V(IV)等作为中心金属原子的乙酰丙酮化物;胺和甘氨酸等氨基酸;路易斯酸;和有机酸金属盐。
其中,优选的固化催化剂包括高氯酸镁以及包含以Al(III)或Fe(III)作为中心金属原子的乙酰丙酮化物。特别是,最优选使用包含Fe(III)作为中心金属原子的乙酰丙酮化物。
固化催化剂的添加量基于硬膜液的固体组分的重量优选为0.01重量%~5.0重量%。
如果需要,如此得到的用于形成硬膜层的涂覆组合物可以以溶剂进行稀释来使用。所用溶剂的例子包括醇类、酯类、酮类、醚类和芳香族化合物。而且,如果需要,用于形成硬膜层的涂覆组合物可以含有少量的金属螯合物、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、分散染料、油溶染料、颜料、光致变色化合物以及受阻胺类和受阻酚类耐光耐热稳定剂等,由此改善涂布液的涂布性、固化速度和固化后的涂膜性能。
涂覆组合物的涂布和固化方法如下。使用浸渍法、旋涂法、喷涂法、辊涂法或流涂法将涂覆组合物涂布在底涂层的上面,将所得涂层于40℃~200℃的温度加热干燥数小时,由此形成硬涂膜。
优选硬膜层的厚度为0.05μm~30μm。在厚度小于0.05μm时,无法实现基本性能。另一方面,在厚度大于30μm时,会有损于表面平滑性,或者可能会产生光学应变。
4.防反射层
防反射层形成于硬膜层上。
形成的防反射层的折射率比硬膜层的折射率低至少0.10,该防反射层是厚度为50nm~150nm的有机薄膜。
对于形成防反射层的有机薄膜没有限制,只要是折射率比硬膜层低至少0.10且膜厚度为50nm~150nm即可。可以优选使用以下有机薄膜:采用硅酮、丙烯酸类物质、环氧化物、聚氨酯或三聚氰胺树脂形成的有机薄膜,或单独采用其原料单体形成的有机薄膜;或者可以使用采用所述树脂形成的有机薄膜,或使用采用该原料单体与其他树脂形成的有机薄膜,或使用两种以上原料单体形成的有机薄膜。
其中,特别是在考虑到作为塑料镜片的耐热性、耐化学品性和耐擦伤性等诸多性能的情况中,优选形成含有硅酮树脂的低折射率层。为了提高表面硬度或调整折射率,更优选添加微粒状无机物等。所添加的微粒状无机物的例子包括分散为胶体状的溶胶,其具体例子包括二氧化硅溶胶、氟化镁溶胶和氟化钙溶胶。
防反射层是使用含有如下D组分和E组分的涂覆组合物形成的有机薄膜。
D组分:以下式表示的有机硅化合物:
R2 nR3 mSiX2 4-n-m
其中,R2表示具有聚合反应性基团的有机基团,R3表示碳原子数为1~6的烃基,X2表示水解性基团,n为0或1,而m为0或1。
E组分:平均粒径为1nm~150nm的二氧化硅微粒。
通式R2 nR3 mSiX2 4-n-m中具有聚合反应性基团的有机基团R2的例子包括乙烯基、烯丙基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、环氧基、巯基、氰基和氨基。碳原子数为1~6的烃基R3的例子包括甲基、乙基、丁基、乙烯基、苯基和全氟代烷基。水解性官能团(水解性基团)X2的例子包括甲氧基、乙氧基和甲氧乙氧基等烷氧基;氯原子和溴原子等卤原子;以及酰氧基。
由通式R2 nR3 mSiX2 4-n-m表示的有机硅化合物的例子包括乙烯基三烷氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、烯丙基三烷氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基二烷氧基硅烷、γ-环氧丙氧丙基三烷氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、巯丙基三烷氧基硅烷、γ-氨丙基三烷氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二烷氧基硅烷、四烷氧基硅 烷、全氟代烷基三烷氧基硅烷和全氟代烷基三氯硅烷。
作为E组分的二氧化硅微粒的例子包括如下二氧化硅溶胶,所述二氧化硅溶胶包含以胶体状态分散于包含水、醇溶剂或其他有机溶剂的分散介质中的平均粒径为1nm~150nm的二氧化硅微粒。为了得到较低的折射率,优选使用,例如包含其内部形成有空洞或空隙的二氧化硅微粒的二氧化硅溶胶。当在二氧化硅微粒内部的空洞内包含比二氧化硅的折射率低的气体或溶剂时,与内部没有空洞的二氧化硅微粒相比,所述二氧化硅微粒的折射率下降了,结果可以获得防反射层的低折射率。
内部有空洞的二氧化硅微粒可以按照例如特开2001-233611号公报记载的方法进行制造。在本实施方式中,优选使用平均粒径为20nm~150nm且折射率为1.16~1.39的二氧化硅微粒。在颗粒的平均粒径小于20nm时,则颗粒内部的空隙率变小,无法得到期望的低折射率。另一方面,在平均粒径超过150nm时,有机薄膜的雾浊会增加,这是不适宜的。
这种内部有空洞的二氧化硅微粒的例子包括含有平均粒径为20nm~150nm且折射率为1.16~1.39的中空二氧化硅微粒的分散溶胶(THRULYAAND L’ECUME,Catalysts&Chemicals Ind.Co.Ltd.的产品)。
形成防反射层用的涂覆组合物可以包含诸如聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚烯烃树脂、氨基甲酸酯-丙烯酸酯树脂和环氧丙烯酸酯树脂等各类树脂;以及作为这些树脂原料的如甲基丙烯酸酯单体、丙烯酸酯单体、环氧单体和乙烯基单体等各种单体。而且,为了降低折射率,可以优选向涂覆组合物中添加各种含氟聚合物或各种含氟单体。
含氟聚合物优选为通过聚合含氟乙烯基单体得到的聚合物,还优选为具有能够与其他组分共聚的官能团的聚合物。
如果需要,该低折射率层用涂覆组合物可以利用溶剂稀释来使用。可以使用的溶剂的例子包括水、醇类、酯类、酮类、醚类和芳香族溶剂。
如果需要,形成防反射层的含有D组分和E组分的低折射率层用涂覆组合物还可以含有少量的固化催化剂、表面活性剂、防静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、诸如受阻胺或受阻酚等光稳定剂、分散染料、油溶染料、荧光燃料和颜料,由此改善涂布液的涂布性和固化后的涂膜性 能。
防反射层优选为,在硬膜层上以湿法形成低折射率层用涂覆组合物的涂膜。
以蒸镀法或喷溅法等干法形成的无机膜与下层的包含有机涂膜的硬膜层之间的热膨胀率差异很大,因此耐热性低,与此相反的是,以湿法形成的包含有机薄膜的防反射层与硬膜层的热膨胀率差异小。因此,不易由于加热而产生裂纹,因而耐热性优异。另外,由于能够以湿法形成防反射层,不需要真空装置或大型设备,因此可以简便地制造防反射层。
具有低折射率的防反射层的湿法成膜方法可以使用诸如浸渍法、旋涂法、喷涂法和流涂法等常规方法。在这些成膜方法中,考虑到要在塑料镜片那样的曲面上均匀地形成厚度为50nm~150nm的薄膜,优选使用浸渍法或旋涂法。
在硬膜层上形成具有低折射率的防反射层时,优选对硬膜层表面进行预处理。作为这种预处理的具体方法,通过表面研磨、紫外线-臭氧洗涤或等离子体处理等使硬膜层表面亲水化(接触角θ为60°以下)的方法是有效的。
防反射层的具体成膜方法按如下程序进行。
以有机溶剂稀释作为D组分的有机硅化合物,并且如果需要,向其中添加水、稀盐酸或稀醋酸等进行水解。添加以胶体状分散于有机溶剂中的作为E组分的二氧化硅微粒的5重量%~50重量%溶液。之后,如果需要,添加表面活性剂、紫外线吸收剂或抗氧化剂等,接着充分搅拌。将所得混合物用作涂布液。
此时,关于以固化后固体组分的重量计的固体组分浓度,稀释的涂布液的浓度优选为0.5重量%~15重量%,更优选1重量%~10重量%。在固体组分浓度超过15重量%时,即使降低浸渍法中的提起速度或增加旋涂法中的旋转数,也难以得到需要的膜厚度,该厚度会大于所要求的厚度。另一方面,在固体组分浓度小于0.5重量%时,即使提高浸渍法中的提起速度或减少旋涂法中的旋转数,膜厚度也小于所要求的厚度,难以得到所需要的膜厚度。而且,提起速度过快或旋转数过少时,容易导 致镜片上的不平度增大,即使添加表面活性剂等,也难以解决所述问题。
将涂布液涂在塑料镜片上并利用热或紫外线固化所得涂层,从而得到防反射层。优选通过热处理进行固化。热处理中的加热温度可以根据涂覆组合物的组成和镜片基材的耐热性等来决定。所述温度优选为50℃~200℃,更优选为80℃~140℃。
得到的防反射层的厚度需要处于50nm~150nm的范围内。在所述厚度比所述范围小或大时,都无法得到足够的防反射效果。而且还要求防反射层的折射率与下层形成的硬膜层的折射率差为0.10以上,优选为0.15以上,更优选为0.20以上。防反射层的具体折射率优选为1.30~1.45。
为了在可见光区使低反射区实现更低的反射率和更宽的区带,除了使用折射率为1.30~1.45的层之外,还可以使用折射率更高的层作为中间层,由此形成包含具有两层以上的多层的防反射层。在这种情况下,根据所需的反射率来确定防反射膜的总膜厚,因此不必总是要求所述厚度处在50nm~150nm的范围内。然而,在防反射层包含两层以上的多层时,其制造在大多情况下会变得复杂,因此上述构造在很多情况下是优选的。
包含镜片基材(如上所述,在其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层)的塑料镜片还可以在防反射层的上面具有包含含氟有机硅化合物的防污层,以提高塑料镜片表面的疏水疏油性。所用的含氟有机硅化合物优选为以如下通式(2)表示的含氟硅烷化合物:
在通式(2)中,Rf表示碳原子数为1~16的直链或支化全氟代烷基, 优选为CF3-、C2F5-或C3F7-;R1表示水解性基团,优选为卤原子、-OR3、-OCOR3、-OC(R3)=C(R4)2、-ON=C(R3)2或-ON=CR5,更优选为氯原子、-OCH3或-OC2H5。其中R3表示脂肪族烃基或芳香族烃基;R4表示氢原子或低级脂肪族烃基;而R5表示碳原子数为3~6的二价脂肪族烃基。
R2表示氢原子或惰性一价有机基团,优选为碳原子数为1~4的一价烃基。a、b、c和d各自为0~200的整数,优选为1~50的整数。e为0或1。m或n各自为0~2的整数,优选0。p为1以上的整数,优选为1~10的整数。
以通式(2)表示的含氟硅烷化合物的分子量为5×102~1×105,优选为5×102~1×104。
以通式(2)表示的含氟硅烷化合物的优选结构的例子包括以如下通式
(3)表示的化合物:
其中,Y表示氢原子或低级烷基,R1表示水解性基团,q为1~50的整数,m为0~2的整数,而r为1~10的整数。
由通式(2)或通式(3)表示的含氟硅烷化合物可以以如下方法涂布在防反射层上:将所述化合物溶于有机溶剂,将浓度被调整至预定浓度的的所得到的防水处理液涂布在防反射层上。涂布方法可以使用浸渍法、旋涂法、喷涂法、流涂法、刮刀涂布法、辊涂法、凹版涂布法、幕式流涂法(curtain flow coating)和刷涂法等。
所述有机溶剂优选为对含氟硅烷化合物具有优异的溶解性的全氟基团且具有4个以上碳原子的有机化合物。所述溶剂的例子包括全氟代己烷、全氟代环丁烷、全氟代辛烷、全氟代癸烷、全氟代甲基环己烷、全氟代-1,3-二甲基环己烷、全氟代-4-甲氧基丁烷、全氟代-4-乙氧基丁烷和六氟代间二甲苯(metaxylene hexafluoride)。还可以使用全氟醚油和氯三氟乙烯寡聚物油。此外,还可以使用Freon 225(CF3CF2CHCl2和 CClF2CH2CHClF的混合物)。这些有机溶剂可以单独使用,或者作为两种以上的混合物使用。
在稀释有机溶剂时,其浓度优选为0.03重量%~1重量%。当浓度过低时,会难以形成具有足够厚度的防污层,而且可能无法得到足够的防水防油作用。另一方面,当浓度过高时,防污层可能过厚,而且可能会使得为矫正涂布后涂层不平度而进行的清洗操作负担加大。
防污层的厚度不受特别限制,优选为0.001μm~0.5μm,更优选为0.001μm~0.03μm。在防污层的厚度过小时,防水防油作用会变得不足,在防污层的厚度过大时,层表面会发粘,这是不优选的。而且,在防污层的厚度大于0.03μm时,防反射作用会劣化,这是不优选的。
当使用浸渍法作为防水处理液的涂布方法时,将塑料镜片浸泡在使用有机溶剂调整至预定浓度的防水处理液中,经过一定的时间后,以恒定的速度从所述液体中提起塑料镜片。浸泡时间优选为0.5分钟至3分钟。若浸泡时间短于0.5分钟,则塑料镜片表面没有充分吸附防水剂,结果无法得到所需的防水性能。若浸泡时间长于3分钟时,则导致周期时间过长,这是不优选的。提起速度优选为100毫米/分钟~300毫米/分钟。提起速度取决于防水处理液的浓度。然而,在提起速度低于100毫米/分钟时,防污层过薄,因此无法达到所需的防污性能。另一方面,在提起速度大于300毫米/分钟时,防污层过厚,而且可能会使得为矫正涂布后涂层不平度而进行的清洗操作负担加大。
实施例
下面对基于本发明实施方式的实施例和比较例进行说明。
实施例1
(1)底涂层组合物的制备
在不锈钢制容器内加入3700重量份甲醇、250重量份水和1000重量份丙二醇单甲醚。充分搅拌所得的混合物后,向容器中加入2800重量份的主要包含二氧化钛、氧化锆和二氧化硅的复合微粒溶胶(锐钛矿晶体结构,甲醇分散,商品名为OPTOLAKE 1120ZU-25·A8),接着搅拌混合。向容器中加入2200重量份聚酯树脂,接着搅拌混合。然后,向容器中加 入2重量份硅酮表面活性剂(商品名为L-7604,Nippon Unicar Co.的产品),并将所得混合物持续搅拌过夜。以2μm的过滤器过滤该混合物,得到底涂层组合物。
(2)硬膜层组合物的制备
在不锈钢制容器中添加1000重量份丁基溶纤剂,并向容器中加入1200重量份作为B组分的γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷。充分搅拌所得的混合物后,向容器中添加300重量份0.1摩尔/升盐酸,并将所得混合物持续搅拌过夜,得到硅烷水解物。向该硅烷水解物中添加30重量份硅酮表面活性剂(商品名为L-7001,Nippon Unicar Co.的产品)。对所得混合物搅拌1小时之后,向容器中加入7300重量份作为A组分的主要包含二氧化钛、氧化锡和二氧化硅的复合微粒溶胶(金红石晶体结构,甲醇分散液,商品名为OPTOLAKE 1120Z 8RU-25·A17),接着搅拌混合2小时。向容器中加入250重量份环氧树脂(商品名为DENACOL EX 313,NagaseKasei Kogyo K.K.的产品),接着搅拌混合2小时。然后,向容器中添加20重量份乙酰丙酮铁(III)和10重量份(基于涂覆组合物的固体组分的重量为0.5重量%)4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)作为C组分,将所得混合物搅拌3小时。以2μm的过滤器过滤所述混合物,得到硬膜层组合物。
(3)用于形成防反射层的低折射率涂覆组合物的制备
在不锈钢制容器中加入208重量份作为D组分的四甲氧基硅烷,并向容器中加入356重量份甲醇,然后向容器中加入18重量份水和18重量份的0.01当量的盐酸水溶液。使用分散器(disper)充分搅拌所得的混合物,获得混合液。在25℃温度的恒温槽中搅拌该混合液2小时,得到硅烷水解物。将作为E组分的中空二氧化硅-异丙醇分散溶胶(Catalysts&Chemicals Ind.Co.,Ltd.的产品,固体组分浓度为:20%,平均一次粒径为35nm,外壳厚度为8nm)与所述硅烷水解物混合,所述中空二氧化硅-异丙醇分散溶胶与硅烷水解物的重量比为70/30。将1重量份硅酮表面活性剂(商品名为L-7001,Nippon Unicar Co.的产品)与所述混合物混合,并以丙二醇单甲醚稀释所得混合物,使总固体组分为2%,由此得到低折射率膜涂覆组合物。
(4)底涂层、硬膜层和防反射层的形成
准备硫代聚氨酯类塑料镜片基材(商品名为SEIKO SUPERSOVEREIGN,Seiko Epson Corporation的产品,折射率:1.67)。
对所提供的镜片基材进行碱处理(于保持在50℃的2.0当量的氢氧化钾溶液中浸泡5分钟,以纯水洗涤,然后于保持在25℃的0.5当量的硫酸中浸泡1分钟进行中和),并以纯水洗涤、干燥并使之逐渐冷却。将经如此处理的镜片基材浸泡在(1)中制得的底涂层组合物中,以30厘米/分钟的提起速度从该组合物中提起,于80℃烘烤20分钟,从而在镜片基材的表面上形成底涂层。然后,将其上形成有底涂层的镜片基材浸泡在(2)中制得的硬膜层组合物中,以30厘米/分钟的提起速度从该组合物中提起,于80℃烘烤30分钟,从而在底涂层上形成硬膜层。将经如此处理的镜片基材于125℃的烤箱中加热3小时,得到其上形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片。所形成的底涂层的厚度为0.5μm,所形成的硬膜层的厚度为2.5μm。
对其上形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片进行等离子体处理(大气等离子体300W,120秒),将其浸泡在(3)中制得的低折射率涂覆组合物中,以5厘米/分钟的提起速度从该组合物中提起,于80℃烘烤30分钟,并在设定为100℃的烤箱中加热2小时,从而形成包含低折射率膜的防反射层,由此得到其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片。所形成的防反射层的厚度为100nm。
实施例2
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在形成所述防反射层时,以使用真空蒸镀的下述干法代替使用低折射率涂覆组合物的湿法。
防反射层按如下方法形成。对其上形成有底涂层和硬膜层的塑料镜片进行等离子体处理(氩等离子体400W,60秒)之后,使用CES-21(Shincron Co.的产品),通过真空蒸镀法由镜片基材向外在塑料镜片(硬膜层)上依次形成包括SiO2、ZrO2、SiO2、ZrO2和SiO2五层的防反射多层膜。关于各层的光学膜厚,第一SiO2层、第二和第三ZrO2和SiO2 等价膜层、第四ZrO2层和最外面的第五SiO2层分别为λ/4。设计波长为520nm。
比较例1
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,不使用4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚),而使用10重量份的将二苯基硫醚结构中的S(硫原子)替代成了C(碳原子)的2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)来制备所述硬膜层组合物。
比较例2
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,不使用4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚),而使用10重量份(基于涂覆组合物的固体组分的重量为0.5重量%)的将二苯基硫醚结构中的S(硫原子)替代成了C(碳原子)且具有一个苯酚基团的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚来制备所述硬膜层组合物。
比较例3
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,不使用4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)来制备所述硬膜层组合物,而使用10重量份(基于涂覆组合物的固体组分的重量为0.5重量%)的将二苯基硫醚结构中的S(硫原子)替代成了C(碳原子)且具有一个苯酚基团和一个磷酸酯基团的二乙基[[3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯基]甲基]磷酸酯。
比较例4
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,不使用4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚),而使用10重量份(基于涂覆组合物的固体组分的重量为0.5重量%)的在所述二苯基硫醚结构中具有S(硫原子)但没有二苯基的二(十二烷基)-3,3′-硫代二丙酸酯来制备所述硬膜层组合物。
比较例5
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,以100重量份的4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)代替10重量份(基于涂覆组合物的固体组分的重量为0.5重量%)的4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)来制备所述硬膜层组合物。
比较例6
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物来形成硬膜层时,以0.1重量份4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)代替10重量份4,4’-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)来制备所述硬膜层组合物。
比较例7
按照与实施例1相同的方式获得其上形成有底涂层、硬膜层和防反射层的塑料镜片,不同之处在于,在使用硬膜层组合物时,使用主要包含二氧化钛、氧化锆和二氧化硅的复合微粒溶胶(锐钛矿晶体结构,甲醇分散液,商品名为OPTOLAKE 1120Z U-25-A8)代替主要包含二氧化钛、氧化锡和二氧化硅的复合微粒溶胶(金红石晶体结构,甲醇分散液,商品名为OPTOLAKE 1120Z 8RU-25·A17)来制备所述硬膜层组合物。
按如下评价方法来评价实施例1和2以及比较例1~7中得到的塑料镜片(下文简称为“镜片”)的特性。结果如下表1所示。评价项目有干涉条纹、反射率、耐擦伤性、初期密合性、耐湿性、耐热水性、耐光性、耐热性和耐冲击性等9项。以下对各评价方法进行说明。
(1)干涉条纹
将镜片遮放在三波长荧光灯的正下方,肉眼确认镜片表面上干涉条纹的形成。将基本没有观察到干涉条纹的镜片评为“好”,而清楚观察到干涉条纹的镜片评为“差”。
(2)反射率
用分光光度计测定镜片表面的表面反射率,根据测定的视感度曲线换算成修正了视感度的反射率。
(3)耐擦伤性
在1kg重量荷重下将不锈钢棉#0000施加在镜片表面上,并以3cm~4cm的距离在镜片表面上摩擦10个来回。按如下A~E五个标准,通过肉眼来评价镜片表面上形成的伤痕状态。
A:没有伤痕。
B:观察到1~5道伤痕。
C:观察到6~20道伤痕。
D:观察有21道以上伤痕,但不是雾浊表面。
E:观察到很多伤痕,并基本上为雾浊表面。
(4)初期密合性
以间隔约为1mm、100个方格(cross cut)的状态切割镜片表面。用胶带(注册商标为Cellotape,Nichiban Co.的产品)牢固地粘贴该方格部分,然后快速撕下。撕下胶带后方格上的薄膜的脱落状态以如下a~e的5个水准进行评价。
a:没有脱落(薄膜脱落方格数=0/100)
b:基本没有薄膜脱落(薄膜脱落格数=0~5/100)
c:稍有薄膜脱落(薄膜脱落格数=6~20/100)
d:薄膜脱落(薄膜脱落格数=21~50/100)
e:密合性差(薄膜脱落格数=51~100/100)
(5)耐湿性
将镜片在恒温器(40℃,90 RH%)中放置10天。从恒温恒湿器中取出镜片,然后于室温放置3小时。对经过如此处理的镜片进行密合性试验。该密合性试验按照与以上(4)初期密合性相同的方法和相同的评价标准进行。
(6)耐热水性
将镜片在80℃的热水中浸泡2个小时。从热水中取出镜片并用水冷却。对经过如此处理的镜片进行密合性试验。该密合性试验按照与(4)初期密合性相同的方法和相同的评价标准进行。
(7)耐光性
以氙式长寿命耐候计(xenon long-life weatherometer(Suga TestInstruments Co.,Ltd.的产品))照射镜片200小时。从氙式长寿命耐候计中取出镜片并用水冷却。对经过如此处理的镜片进行密合性试验。该密合性试验按照与(4)初期密合性相同的方法和相同的评价标准进行。
(8)耐热性
根据眼镜架的形状对镜片进行边缘加工,以使之与眼镜架匹配,并用螺丝将其完全固定到镜架上。将装上镜片的眼镜架于60℃的恒温槽中放置30分钟。从恒温槽中取出镜架,在室温逐渐冷却1小时。观察镜片表面裂纹的产生。如果镜片未产生裂纹,则将该镜片在65℃恒温槽中再放置30分钟后,观察裂纹的产生。恒温槽的温度每升高5℃就重复进行所述过程,并将产生裂纹时的温度确定为耐热极限温度。
(9)耐冲击性
在使16.3g的刚球垂直落下到镜片表面的试验中,落高从127cm开始,每次加高10cm。测定镜片破碎或者刚球通过镜片的落高。
表
由表中的结果可以看出,实施例1和2在用于形成硬膜层的涂覆组合物中使用了由通式(1)表示的具有二苯基硫醚结构的化合物作为C组分,因而耐湿性、耐热水性、耐光性和耐冲击性优异。实施例1形成包含有机薄膜的防反射层,因而耐热性也是优异的。与此相反的是,比较例1~4在用于形成硬膜层的涂覆组合物中使用了不具有二苯基硫醚结构 的化合物,结果耐湿性、耐热水性、耐光性和耐冲击性差。
另外,在比较例5和6中,具有二苯基硫醚结构的化合物的添加量不是适当的量(基于涂覆组合物中的固体组分的重量为0.03重量%~1.0重量%),因此,耐擦伤性差(比较例5),并且耐湿性、耐热水性、耐光性和耐冲击性差(比较例6)。另外,比较例7在用于形成硬膜层的涂覆组合物中使用了包含具有锐钛矿晶体结构的二氧化钛的金属氧化物微粒,结果耐光性不足。