專(zhuān)利名稱：在大氣環(huán)境中制造接觸透鏡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不需特殊氣體的環(huán)境中制造聚合物接觸透鏡的方法。
背景技術(shù)：
親水接觸透鏡的模塑方法是已知的。各種方法公開(kāi)在授予Larsen的美國(guó)專(zhuān)利4,495,313；授予Larsen等人的美國(guó)專(zhuān)利4,640.489；授予Larsen等人的美國(guó)專(zhuān)利4,680,336；授予Larsen等人的美國(guó)專(zhuān)利4,889,664；以及授予Larsen等人的美國(guó)專(zhuān)利5,039,459中，所有這些均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
上述先有技術(shù)及其他參考文獻(xiàn)大致公開(kāi)這樣一類(lèi)接觸透鏡的生產(chǎn)方法其中每種透鏡均由反應(yīng)單體或預(yù)聚物混合物模塑而成的。模塑是采用鑄塑方法完成的，其中待聚合的混合物被沉積到第1半模(mold half)中，它通常被稱之為前曲面，將第2半模，通常稱之為后曲面組裝到第1半模上，然后讓該組裝的系統(tǒng)暴露于導(dǎo)致混合物聚合為接觸透鏡的條件，使透鏡獲得2個(gè)半模之間形成的空腔的形狀。該2個(gè)半模一般由透明熱塑性塑料，如聚苯乙烯或聚丙烯制成。
倘若預(yù)組裝和組裝過(guò)程在大氣環(huán)境中進(jìn)行，讓半模暴露于含分子氧(O2)的空氣中，則生產(chǎn)出的透鏡有時(shí)達(dá)不到要求的質(zhì)量。據(jù)信，這是由于O2接觸到塑料半模的表面并滲入塑料半模的緣故。據(jù)信，塑料半模表面及內(nèi)部的O2對(duì)透鏡材料的聚合產(chǎn)生不利影響。有關(guān)氧氣對(duì)光聚合過(guò)程的影響，從而對(duì)自由基誘導(dǎo)聚合產(chǎn)生強(qiáng)烈的阻聚作用，在文獻(xiàn)中有充分報(bào)道。聚合反應(yīng)一直被抑制，直到氧氣已通過(guò)與自由基的反應(yīng)被消耗，單體在與氧氣競(jìng)爭(zhēng)引發(fā)劑自由基的過(guò)程中取得優(yōu)勢(shì)為止。系統(tǒng)被劃分為2種類(lèi)型封閉的和開(kāi)放的。這2種類(lèi)型的系統(tǒng)均適合本發(fā)明使用。
在封閉系統(tǒng)中，起初系統(tǒng)內(nèi)不存在氧氣，或者開(kāi)始存在固定量的氧氣，而在經(jīng)歷氧氣逐漸被自由基消耗的誘導(dǎo)期之后，聚合反應(yīng)便顯著推進(jìn)了。在開(kāi)放系統(tǒng)中，氧氣擴(kuò)散到系統(tǒng)中，聚合反應(yīng)只有在產(chǎn)生的自由基數(shù)量足以與氧氣成功地競(jìng)爭(zhēng)的條件下才可能發(fā)生。開(kāi)放系統(tǒng)一般是暴露于空氣的系統(tǒng)。
半模組裝之前使半模暴露于氧氣中將導(dǎo)致聚合期間出現(xiàn)一種“封閉-開(kāi)放”系統(tǒng)。氧氣通過(guò)吸收作用遷移到模具中，從而造成一種氧氣的儲(chǔ)備。在消耗單體中氧氣的誘導(dǎo)期過(guò)了以后，聚合反應(yīng)才在透鏡本體內(nèi)進(jìn)行，在本體中，起初所存在的氧氣的影響這時(shí)已不可察覺(jué)。然而，在透鏡/光學(xué)模具表面的界面(透鏡表面)處，某些被吸收到模具內(nèi)的氧氣，現(xiàn)在又反過(guò)來(lái)遷移到表面，并在超出誘導(dǎo)期的時(shí)間內(nèi)影響聚合反應(yīng)，從而使透鏡的表面性質(zhì)不同于透鏡本體的性質(zhì)。這段時(shí)間的長(zhǎng)短以及它對(duì)透鏡性質(zhì)造成明顯影響的程度取決于臨組裝前系統(tǒng)被“封閉”時(shí)被吸收到模具中的氧氣量。
被吸收到模具表面或內(nèi)部的氧氣對(duì)反應(yīng)混合物的光聚合反應(yīng)的效應(yīng)預(yù)計(jì)將干擾透鏡表面的聚合反應(yīng)，即導(dǎo)致透鏡表面與透鏡本體聚合反應(yīng)之間的差異。此種干擾，由于氧氣使聚合反應(yīng)(過(guò)早)終止，導(dǎo)致表面的聚合物端較為疏松。這些透鏡表面較短的聚合物鏈往往具有，與透鏡本體中聚合物鏈相比，較低的交聯(lián)密度、較低的鏈纏結(jié)和較大的粘著性。這些因素導(dǎo)致，與透鏡本體相比，透鏡表面的機(jī)械強(qiáng)度低，含水量高。
在無(wú)氧模塑條件下，透鏡為各向同性的。在聚合反應(yīng)期間，由于氧氣被引入到透鏡表面，但沒(méi)有進(jìn)入到透鏡本體中，透鏡的各向同性將變差并偏向各向異性，于是，便不得不降低將最終透鏡性質(zhì)控制在規(guī)定容差范圍內(nèi)的要求。
為減少氧氣的不利影響，已采取在低氧環(huán)境中制造接觸透鏡，和/或在聚合前對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行處理以除掉溶解氧。在制造中，這導(dǎo)致諸如對(duì)過(guò)程的物理封罩之類(lèi)技術(shù)的應(yīng)用，以及用大量氮?dú)鈱⒔M裝及預(yù)組裝區(qū)覆蓋的做法。此種技術(shù)包括將塑料半模置于覆蓋區(qū)域內(nèi)，因?yàn)樘热舨蝗绱思右员Ｗo(hù)，塑料表面上的氣體邊界層將含有氧氣。
減少氧氣對(duì)接觸透鏡聚合有害影響的各種技術(shù)可見(jiàn)諸于下列美國(guó)專(zhuān)利5,362,767 Herbrechtmeier等人5,391,589 Kiguchi等人5,597,519 Martin等人5,656,210 Hill等人
5,681,510 Valint Jr.等人EP申請(qǐng)?zhí)?5937446.3公開(kāi)一種方法，其中在計(jì)量加入反應(yīng)單體混合物之前對(duì)塑料模具進(jìn)行處理以除掉基本上全部氧氣。氧氣的去除可采用讓半模與惰性氣體接觸或者采用抽真空來(lái)實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有經(jīng)過(guò)除氧處理的模具將給接觸透鏡帶來(lái)高百分率的次品。
諸如氮?dú)庵?lèi)惰性氣體的使用將帶來(lái)安全隱患，因?yàn)?，惰性氣體要求配備復(fù)雜的探測(cè)及報(bào)警能力以保護(hù)人員。再者，倘若制造設(shè)備周?chē)亩栊詺怏w含量由于某種原因降低，則在生產(chǎn)線的該區(qū)域內(nèi)的所有半模和透鏡都不得不丟掉。另外，打開(kāi)惰性氣體封罩之后開(kāi)車(chē)生產(chǎn)需要一段“吹洗”或達(dá)到可接受含氧量的時(shí)間，方才能進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。
不難看出，氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的使用增加了制造過(guò)程的成本及額外設(shè)備的復(fù)雜性。它還延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期時(shí)間。因此，倘若能夠在不需要大量氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的條件下模塑透鏡，那將是合意的。
通過(guò)從透鏡生產(chǎn)中取消氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w，將可實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約。不光是氣體的成本，而且還有其配管及控制閥、壓縮空氣配管及控制閥、氧氣工藝傳感器及惰性氣體安全探測(cè)器也都統(tǒng)統(tǒng)省掉。各種工藝傳感器及安全探測(cè)器的校驗(yàn)及維護(hù)成本也將省掉。透鏡生產(chǎn)的軟件控制也將隨著惰性氣體配管、壓縮空氣配管、工藝傳感器及控制閥的省去而得到簡(jiǎn)化，從而提供雙重的好處，即，不僅節(jié)省了原始基建成本，而且節(jié)省了操作成本及原材料成本。還有，惰性氣體緩沖的去除將減少設(shè)備的復(fù)雜性并消除與研制問(wèn)題相聯(lián)系的工作，并將由于大幅縮短從注塑到組裝的時(shí)間使工藝更加簡(jiǎn)化。整個(gè)生產(chǎn)線的尺寸也將大大縮小。
發(fā)明概述在對(duì)高速接觸透鏡制造方法進(jìn)行試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)，倘若接觸透鏡模具的塑料半模的光學(xué)表面在空氣中的暴露時(shí)間不超過(guò)70s，便不會(huì)出現(xiàn)因塑料半模暴露于空氣造成對(duì)透鏡聚合物性質(zhì)的不利影響?？諝獗┞稌r(shí)間包括從制造塑料半模的注塑模具開(kāi)啟(從而將塑料半模暴露于環(huán)境空氣中)到在半模中計(jì)量加入或放入聚合混合物并對(duì)聚合混合物及2個(gè)光學(xué)模具表面實(shí)施氣密密封為止。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合混合物被置于前曲面(半模)中，并將后曲面(半模)落位到前曲面上，從而合上接觸透鏡模具，整個(gè)這一套，在該優(yōu)選實(shí)施方案中被稱之為透鏡模具組件，其中包括反應(yīng)混合物。當(dāng)透鏡模具組件合上之后，聚合混合物及2個(gè)光學(xué)模具表面便不再暴露于空氣中。已發(fā)現(xiàn)，倘若接觸透鏡模具的計(jì)量加料并合?；蛎芊庵?，空氣暴露時(shí)間不超過(guò)70s，優(yōu)選不超過(guò)40s，最優(yōu)選不超過(guò)24s，則可以制造出滿意的接觸透鏡。透鏡性質(zhì)及生產(chǎn)合格率(收率)將隨著空氣暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，而當(dāng)空氣暴露時(shí)間超過(guò)300s時(shí)，將很少(如果還有的話)能生產(chǎn)出合格的透鏡。
通過(guò)實(shí)施本發(fā)明，便不再需要用氮?dú)飧采w來(lái)消除因次的(dimensional)氧化反應(yīng)。這就消除了對(duì)氮?dú)獾男枰?，并消除了操作人員窒息的危險(xiǎn)。它通過(guò)減少產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題簡(jiǎn)化了工藝并提高了生產(chǎn)效率。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種不使用特殊氣體環(huán)境卻仍能生產(chǎn)出高質(zhì)量透鏡的聚合物接觸透鏡制造方法。
另一個(gè)目的是提供在不使用惰性氣體從而消除對(duì)特殊設(shè)備需要及相關(guān)花費(fèi)的接觸透鏡模具中制造聚合物透鏡的方法。
另一個(gè)目的是提供一種接觸透鏡生產(chǎn)的快速方法。再一個(gè)目的是提供采用諸如塑料的聚合物模具制造聚合物接觸透鏡的方法，其中限制半模表面對(duì)空氣的暴露時(shí)間，從而消除了在惰性氣體環(huán)境中實(shí)施該方法的需要。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點(diǎn)在研讀了下面的說(shuō)明并參考附圖之后將變得更為清楚，這些附圖是

圖1～4是表示，在讓半模在空氣中暴露不同時(shí)間的幾種試驗(yàn)條件下的不同試驗(yàn)操作期間，對(duì)接觸透鏡底面曲線半徑影響的方框-須邊(Box-and-Whisker)示意圖。
圖5是一個(gè)0.5mm厚聚苯乙烯半模中氧氣濃度隨沿半模厚度上不同位置而變化的曲線圖，其中O代表半模厚度的中點(diǎn)。
圖6是一個(gè)0.5mm厚聚苯乙烯半模所吸收的氧氣量隨空氣暴露時(shí)間而變化的曲線圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及在模具中制造聚合物接觸透鏡的方法。用于制造透鏡的材料是任何合適的反應(yīng)單體或預(yù)聚物混合物。該接觸透鏡模具可以是單件或多件模具。為簡(jiǎn)單計(jì)，下面將描述優(yōu)選的實(shí)施方案，但是，該接觸透鏡模具也可以是任何形式的。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，接觸透鏡模具包括前曲面和后曲面，它們的典型材料為塑料，例如聚苯乙烯、聚丙烯之類(lèi)。聚苯乙烯是優(yōu)選的塑料。前曲面和后曲面優(yōu)選在1個(gè)或多個(gè)注塑機(jī)的注塑模具中制成。前曲面和后曲面制成后，在前曲面與后曲面組裝在一起(合模)從而形成透鏡模具組件時(shí)所形成的空腔中進(jìn)行透鏡的鑄塑。前曲面與后曲面組裝在一起，其中裝有用來(lái)在空腔中成形透鏡的反應(yīng)混合物。前與后曲面組裝在一起，反應(yīng)混合物便進(jìn)行聚合，一般為光聚合，然后，前與后曲面組件敞開(kāi)以取出透鏡。該組裝和預(yù)組裝過(guò)程是在，例如50°F～98°F之間的常態(tài)加工溫度實(shí)施的。令人感興趣的時(shí)間是，前與后曲面的內(nèi)表面暴露于空氣中的時(shí)間。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該時(shí)間是，從1個(gè)或多個(gè)注塑機(jī)中的1個(gè)或多個(gè)注塑模具被打開(kāi)以取出前與后曲面開(kāi)始，到前與后曲面組裝起來(lái)，合模的透鏡模具組件中已裝好反應(yīng)單體混合物為止這段時(shí)間。用于制造接觸透鏡模具的前與后曲面的優(yōu)選注塑機(jī)和注塑模具描述于同時(shí)提交的＿＿＿＿，文件號(hào)VTN-424中，在此將全部?jī)?nèi)容并入本文作為參考。
在替代的及次優(yōu)選的方案中，其中接觸透鏡半模被預(yù)先制成并貯存在惰性氣體環(huán)境中直至被引入到接觸透鏡的制造生產(chǎn)線上，感興趣的時(shí)間依然是，半模被從惰性氣體環(huán)境中取出，直至半模組裝完成為止，其中在組裝形成的空腔內(nèi)已充填好反應(yīng)混合物。
在另一種替代實(shí)施方案中，模具可以是由耐用材料，如玻璃或聚合物制成的可重復(fù)使用模具。
用于在本發(fā)明方法中成形接觸透鏡的反應(yīng)單體混合物或預(yù)聚物材料可包含任何可發(fā)生氧氣敏感反應(yīng)，例如自由基反應(yīng)的可聚合或可交聯(lián)透鏡材料。反應(yīng)單體混合物可以是脫氣的或非脫氣的。例如，本發(fā)明可采用美國(guó)專(zhuān)利Re.27,401的丙烯酸或甲基丙烯酸單體體系，這是一種丙烯酸或甲基丙烯酸單酯與少量丙烯酸或甲基丙烯酸二酯的組合。還有，在美國(guó)專(zhuān)利Re.27,401中公開(kāi)了一種單酯，它是丙烯酸或甲基丙烯酸與多元醇的親水羥基酯。類(lèi)似地，還可使用這樣的聚合體系，其中乙烯基、丙烯酸或甲基丙烯酸單體與諸如丙烯酸羥乙酯、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺之類(lèi)的材料進(jìn)行共聚。作為例子，可使用聚乙烯醇、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸甘油酯、雙丙酮丙烯酰胺或醋酸乙烯酯，與丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸或甲基丙烯酸甘油酯，以及丙烯酸二甲氨基乙酯組合使用。
目前優(yōu)選的是，該可聚合丙烯酸單體是甲基丙烯酸羥乙基酯(HEMA)，最優(yōu)選的是，可聚合丙烯酸單體是占主要部分的HEMA與占少部分的另一種單體，優(yōu)選甲基丙烯酸(MAA)二者的組合。
少量官能度大于或等于2的交聯(lián)劑可加入到單體或單體混合物中。優(yōu)選交聯(lián)劑的例子是乙二醇二甲基丙烯酸酯及1，1，1-三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。本發(fā)明方法制備的接觸透鏡優(yōu)選是包含40～75％水的水凝膠。
接觸透鏡的制造者和使用者主要關(guān)心透鏡放大倍數(shù)(屈光度)和徑向高度(mm)。徑向高度或“下彎(sag)”是透鏡直徑與底面曲率半徑的函數(shù)。透鏡放大倍數(shù)決定光學(xué)矯正效果，下彎則決定透鏡與眼睛的適配。
在接觸透鏡的制造中，接觸透鏡模具的制造需要滿足4項(xiàng)透鏡物理參數(shù)要求，它們是直徑、后(底)曲線半徑(與眼睛相鄰的透鏡表面曲率半徑)、前曲線半徑(與眼睛不相鄰的透鏡表面曲率半徑)以及中心厚度。所有這些參數(shù)均以毫米為單位。透鏡放大倍數(shù)是后曲率半徑與前曲率半徑之差的函數(shù)。后曲率半徑是最重要的參數(shù)，因?yàn)?，它不僅涉及到光學(xué)矯正，而且涉及到透鏡與眼睛的配合。
在生產(chǎn)規(guī)模上制造接觸透鏡時(shí)，在我們的優(yōu)選實(shí)施方案的接觸透鏡模具中，半模的設(shè)計(jì)要確定透鏡在直徑、后曲率半徑、前曲率半徑及中心厚度等方面的尺寸。這些尺寸規(guī)定包括允許的容差，可正、可負(fù)。如果采取傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)技術(shù)，根據(jù)由某一給定透鏡母體隨機(jī)抽樣的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)計(jì)算出不符合規(guī)定的百分率很低的話，則該透鏡母體被認(rèn)為滿意并符合規(guī)定。一般地，該百分率小于2.5％?？山邮艿暮笄拾霃降腟D是0.05mm或更小。
為了生產(chǎn)認(rèn)為是滿意的接觸透鏡，必須搞清楚并可靠地控制影響透鏡性質(zhì)的環(huán)境及工藝條件或因素，以保證不僅生產(chǎn)出符合規(guī)定的透鏡，而且，不符合規(guī)定的百分率還要低。在試驗(yàn)高速接觸透鏡制造的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，與塑料前曲面及后曲面相聯(lián)系的分子氧(O2)是對(duì)透鏡后曲率半徑造成不利影響的環(huán)境因素。據(jù)假定，與半模相聯(lián)系的氧氣之所以是影響因素，是由于它將導(dǎo)致透鏡表面性質(zhì)與透鏡本體性質(zhì)的差異，諸如前面所討論的。該因素對(duì)透鏡后曲線半徑的影響程度與組裝前半模中吸收的氧氣量存在直接關(guān)系。影響最大的氧氣量是，聚合反應(yīng)期間可達(dá)到與半模光學(xué)表面相鄰的反應(yīng)混合物的聚合表面中的氧氣量。接觸透鏡模具的光學(xué)表面是規(guī)定接觸透鏡形狀的模具內(nèi)表面。
已發(fā)現(xiàn)，半模運(yùn)送和組裝操作可以在大氣(空氣)環(huán)境中在有氧氣的存在下實(shí)施，并仍舊可獲得恰當(dāng)?shù)耐哥R材料聚合，正如通過(guò)限制半模暴露于空氣及其中所含氧氣的時(shí)間便可達(dá)到該透鏡脫模標(biāo)準(zhǔn)這一事實(shí)所確定的。就是說(shuō)，存在著一定的時(shí)間“范圍”，在此范圍之內(nèi)，允許在空氣環(huán)境中實(shí)施制造過(guò)程并獲得滿意的透鏡生產(chǎn)結(jié)果，不需要使用惰性氣體。該時(shí)間，據(jù)發(fā)現(xiàn)不超過(guò)70s，優(yōu)選不超過(guò)40s，最優(yōu)選不超過(guò)24s。
為了確定該時(shí)間范圍，進(jìn)行了大量條件試驗(yàn)。在每一種條件的試驗(yàn)中，通過(guò)讓塑料半模在大氣(空氣)環(huán)境中暴露規(guī)定的時(shí)間，稱之為空氣暴露時(shí)間，制造了大量透鏡。對(duì)應(yīng)于1種暴露時(shí)間的試驗(yàn)稱作一次“試驗(yàn)”。其他試驗(yàn)則采用不同的空氣暴露時(shí)間。就是說(shuō)，譬如在5次試驗(yàn)(各自的空氣暴露時(shí)間不同)的每一試驗(yàn)中，制造了100個(gè)透鏡，則整個(gè)條件試驗(yàn)將具有500個(gè)透鏡。
在結(jié)果評(píng)估時(shí)，取該條件試驗(yàn)中以最短空氣暴露時(shí)間生產(chǎn)的透鏡作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是在下面所討論的每種條件試驗(yàn)中的第1個(gè)試驗(yàn)和最后一個(gè)試驗(yàn)。
測(cè)定該對(duì)比樣品的尺寸并作為所在條件試驗(yàn)的參照數(shù)據(jù)。將同一條件試驗(yàn)期間以不同模具敞開(kāi)時(shí)間制造的透鏡(性質(zhì))與從中測(cè)得的平均值及SD進(jìn)行比較。
在條件#108中，通過(guò)改變從注塑模具打開(kāi)到半模合模的時(shí)間，獲得與聚苯乙烯半模相聯(lián)系的不同氧氣含量。針對(duì)-9.00D(屈光度)(目標(biāo)透鏡放大倍數(shù))的透鏡，研究了以下的空氣暴露時(shí)間(試驗(yàn))17.8s、27.8s、43.9s、69.2s以及17.8s。(對(duì)應(yīng)于圖1中的試驗(yàn)1、2、3、4及5)。由人工監(jiān)測(cè)時(shí)間，只有在穩(wěn)定狀態(tài)(不間斷操作)制造的塑料模具才允許用于加工。采用了脫氣、著色的1-Day Acuvue單體作為透鏡材料。采用18s的預(yù)固化時(shí)間并施以8mW/cm2的輻照度(單位面積上的功率)，輻照度的測(cè)定采用IL 1350輻射計(jì)及XRL140A探測(cè)器(均為國(guó)際Light公司制造)。采用了120s固化時(shí)間以及630mJ/cm2的劑量(單位面積能量)，劑量的測(cè)定采用IL390B光源(light bug)(國(guó)際Light公司制造)。該裝置自動(dòng)地將輻照度對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分以獲得劑量。預(yù)固化和固化采用的固化光源型號(hào)，為菲利普TL/09。透鏡經(jīng)脫模、水化、包裝在玻璃管形瓶中、平衡，但不進(jìn)行消毒。測(cè)定了下列參數(shù)后(即底面)曲線半徑、直徑、中心厚度及放大倍數(shù)。
在條件#109中，所有加工條件均與條件#108相同，所不同的是，針對(duì)-9.00D(目標(biāo))的透鏡，研究了以下的空氣暴露時(shí)間(試驗(yàn))23.0s、34.5s、52.0s、77.6s、116.5s、262s以及23.0s。(對(duì)應(yīng)于圖2中的試驗(yàn)1、2、3、4、5、6及7)。
在條件#110中，所有加工條件均與條件#108相同，所不同的是，針對(duì)-9.00D(目標(biāo))的透鏡，研究了以下的空氣暴露時(shí)間(試驗(yàn))17.4s、23.4s、29.3s、39.3s、49.3s、59.3s、69.4s以及17.4s。(對(duì)應(yīng)于圖3中的試驗(yàn)1～8)。
在條件#111中，所有加工條件均與條件#108相同，所不同的是，采用未脫氣、著色的1-Day Acuvue單體作為透鏡材料并針對(duì)-9.00D(目標(biāo))的透鏡研究了以下的空氣暴露時(shí)間(試驗(yàn))17s、30s、60s及17s(對(duì)應(yīng)于圖4中的試驗(yàn)1～4)。
如上所述，針對(duì)每一種條件，測(cè)定了后曲線半徑、透鏡直徑、中心厚度及放大倍數(shù)這些參數(shù)。結(jié)果如下后曲線半徑它是與眼睛相鄰的透鏡表面曲線半徑。它被認(rèn)為是塑料模具在空氣中的暴露對(duì)透鏡性質(zhì)影響的最佳指標(biāo)。圖1～4展示出每種條件的不同試驗(yàn)所獲透鏡后曲線半徑的結(jié)果。
關(guān)于條件108(圖1)，后曲線半徑的設(shè)計(jì)規(guī)定是8.75～9.15mm。試驗(yàn)1、2及3的結(jié)果(最高43.9s)落在設(shè)計(jì)極限內(nèi)。
關(guān)于條件109(圖2)，后曲線半徑的設(shè)計(jì)規(guī)定是8.75～9.15mm。試驗(yàn)1、2、3及4的結(jié)果(最高77.6s)落在設(shè)計(jì)極限內(nèi)。
關(guān)于條件110(圖3)，后曲線半徑的設(shè)計(jì)規(guī)定是8.75～9.15mm。所有試驗(yàn)的結(jié)果(最高69.4s)均落在設(shè)計(jì)極限內(nèi)。
關(guān)于條件111(圖4)，后曲線半徑的設(shè)計(jì)規(guī)定是8.75～9.15mm。試驗(yàn)1及2的結(jié)果(最高30s)落在設(shè)計(jì)極限內(nèi)；試驗(yàn)3(60s)基本位于極限范圍內(nèi)。這一實(shí)驗(yàn)表明，脫氣或未脫氣的反應(yīng)混合物獲得了類(lèi)似的結(jié)果。未脫氣反應(yīng)混合物之所以對(duì)透鏡性質(zhì)沒(méi)有產(chǎn)生不利影響，是由于混合物中的氧氣在誘導(dǎo)期被沿著整個(gè)透鏡均勻地消耗了。
將(空氣暴露時(shí)間)極限選擇在比最高值略低的范圍是一種合理的工程和工藝的折衷做法。
從圖中可以看出，該方法在最長(zhǎng)70s內(nèi)為基本有效(生產(chǎn)在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)的后曲線半徑的透鏡)，在等于或小于40s更為有效，最有效，是在等于或小于24s的范圍。就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)24s時(shí)，有更多的透鏡為合格(接近規(guī)定范圍的中點(diǎn))，在最長(zhǎng)40s范圍內(nèi)，稍少的透鏡合格，在最長(zhǎng)70s的范圍，合格透鏡數(shù)量最少。
關(guān)于其他參數(shù)透鏡中心厚度也是設(shè)計(jì)生產(chǎn)模具時(shí)要達(dá)到的規(guī)定尺寸范圍。一般地，中心厚度隨空氣暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而趨于減少，但是，只要在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，該參數(shù)就能夠維持在設(shè)計(jì)極限范圍內(nèi)。
透鏡放大倍數(shù)和與之相關(guān)的屈光度是透鏡所提供的光學(xué)矯正程度。它與后曲線半徑/前曲線半徑之差有關(guān)。隨著空氣暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，放大倍數(shù)減少(矯正能力更大)。在所有的條件中，空氣暴露時(shí)間范圍的變化值基本落在各自的參照標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的同一范圍以內(nèi)，且透鏡一般都是合格的。
透鏡直徑屬于規(guī)定的尺寸范圍。就是說(shuō)，前曲面與后曲面均被設(shè)計(jì)成能生產(chǎn)出具有一定直徑的透鏡的形狀。在所有條件中，生產(chǎn)出的透鏡均在規(guī)定極限內(nèi)，與設(shè)計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差在空氣暴露時(shí)間的寬范圍上均不顯著。
在測(cè)定了暴露時(shí)間之后，半模單位斷面體積內(nèi)所吸收的氧氣量便可確定，因?yàn)椋?-模具材料的透氣率、沿垂直于暴露于氧氣的表面測(cè)定的所述體積的平均厚度(L)、氧氣濃度梯度及半模對(duì)氧氣的暴露時(shí)間--的函數(shù)。透氣率(p)被規(guī)定為擴(kuò)散系數(shù)(D)與溶解度(k)的乘積p＝D*k。擴(kuò)散系數(shù)和溶解度二者均為溫度及前與后曲面模具材料的函數(shù)。室溫(25℃)下，氧氣在聚苯乙烯中的擴(kuò)散系數(shù)是1.1×10-7cm2/s。室溫(25℃)下，氧氣在聚苯乙烯中的溶解度是5.5×10-2cm3(STP)/(cm3bar)，或2.45×10-6mol/(cm3bar)。如果溫度和材料固定了，則在任意給定時(shí)刻，該最關(guān)心的氧氣量就簡(jiǎn)化為厚度、氧氣濃度梯度及時(shí)間的函數(shù)。如果厚度及濃度梯度固定了，則該氧氣量就變?yōu)闀r(shí)間的函數(shù)。厚度由后曲面與前曲面模具的幾何形狀確定。濃度梯度可通過(guò)假定前曲面和后曲面材料(如聚苯乙烯)在注塑過(guò)程中已基本脫氣，又知道或控制半模周?chē)沫h(huán)境氧氣濃度，予以確定。于是，最感興趣的氧氣總含量，由于已知氧氣暴露時(shí)間并通過(guò)總計(jì)構(gòu)成半模光學(xué)表面及其緊鄰的附近區(qū)域的單位體積總數(shù)，便可以算出。如果半模周?chē)沫h(huán)境是空氣，則暴露時(shí)間就是所謂的空氣暴露時(shí)間。采用該公式得到圖5，該圖表示出在(模具)注塑后經(jīng)歷各種不同時(shí)間，0.5mm厚聚苯乙烯模具中氧氣含量隨沿著厚度不同位置而變化的關(guān)系。圖5中的曲線對(duì)應(yīng)于開(kāi)始暴露之后的各種不同時(shí)間。計(jì)算了對(duì)應(yīng)于1s，以及1min～15min每間隔1分鐘的各時(shí)刻，從最低到最高氧氣濃度的曲線。
上述實(shí)驗(yàn)表明，暴露于5％氧氣的環(huán)境中的半模生產(chǎn)出了高質(zhì)量的注塑件。實(shí)驗(yàn)表明，本文所述前與后曲面半模當(dāng)暴露于空氣中在75s內(nèi)吸收的氧氣量相當(dāng)于，當(dāng)暴露于含5％氧氣的環(huán)境并容其達(dá)到平衡時(shí)所吸收的量。還查明，只有靠近反應(yīng)單體混合物的前與后曲面所吸收的氧氣才有機(jī)會(huì)參與對(duì)反應(yīng)單體混合物聚合反應(yīng)的干擾。就我們的前與后曲面的幾何形狀來(lái)說(shuō)，也就是模具光學(xué)區(qū)域所吸收的氧氣中大約只有一半會(huì)參與干擾聚合反應(yīng)。利用這一從實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出的假定，得到圖6，由圖6確定出可參與干擾反應(yīng)單體混合物聚合反應(yīng)的氧氣總量。從圖6可知，就前與后曲面每一個(gè)面而言，在70s時(shí)，可參與干擾聚合反應(yīng)的氧氣量為2.5×10-9mol/cm2；40s時(shí)，為1.9×10-9mol/cm2；24s時(shí)，為1.5×10-9mol/cm2。圖6還給出了2條曲線曲線標(biāo)記D＝Dps/2，及曲線標(biāo)記k＝kps/2。前一曲線表示由0.5mm厚、擴(kuò)散系數(shù)(D)等于聚苯乙烯的一半且溶解度(k)與聚苯乙烯相同的材料所吸收的氧氣量。后一曲線表示由0.5mm厚、溶解度(k)等于聚苯乙烯的1/2且擴(kuò)散系數(shù)(D)與聚苯乙烯相同的材料所吸收的氧氣量。
關(guān)于非聚苯乙烯的模具材料，在已知該材料的氧氣透氣率及材料厚度的情況下，其空氣暴露時(shí)間與聚苯乙烯的空氣暴露時(shí)間有關(guān)系。該關(guān)系表述如下NM的空氣暴露時(shí)間＝(PS的空氣暴露時(shí)間)*(PS的D*k)/(NM的D*k)其中NM＝新材料PS＝聚苯乙烯D＝氧氣在模具材料中的擴(kuò)散系數(shù)，以及k＝氧氣在模具材料中的溶解度。
于是，對(duì)于溶解度等于5.5×10-2cm3(STP)/(cm3bar)然而擴(kuò)散系數(shù)僅有一半(0.5)的材料來(lái)說(shuō)，與聚苯乙烯的70s空氣暴露時(shí)間相當(dāng)?shù)脑撔虏牧系目諝獗┞稌r(shí)間便可如下來(lái)計(jì)算NM的空氣暴露時(shí)間＝(70s)*(PS的1*1)/(NM的0.5*1)NM的空氣暴露時(shí)間＝140s。
還可延長(zhǎng)該暴露時(shí)間，例如通過(guò)在利用模具加壓氣體注塑生產(chǎn)半模的過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)塑料半模的注塑區(qū)域內(nèi)或其周?chē)褂弥T如氮?dú)庵?lèi)的惰性氣體。在該區(qū)域中，惰性氣體將提供包圍前與后曲面的惰性氣體邊界層，該邊界層在前與后曲面半模隨后暴露于氧氣時(shí)將阻礙氧氣的吸入。
本文中所提到的所有專(zhuān)利、申請(qǐng)、出版物及方法均收入本文作為參考。
為方便起見(jiàn)，僅在1個(gè)或多個(gè)附圖中表示出本發(fā)明的具體特征，然而，每一項(xiàng)特征均可與根據(jù)本發(fā)明的其他特征相組合。替代的實(shí)施方案將會(huì)被本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)，并應(yīng)一并包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造接觸透鏡的方法，它包括下列步驟在包括光學(xué)模具表面的接觸透鏡模具中計(jì)量加入可聚合混合物，氣密密封所述聚合混合物及所述光學(xué)模具表面，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面，在所述計(jì)量加料及密封步驟剛好開(kāi)始之前在空氣中暴露不超過(guò)70s。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面，在所述計(jì)量加料和密封步驟剛好開(kāi)始之前在空氣中暴露不超過(guò)40s。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面，在所述計(jì)量加料和密封步驟剛好開(kāi)始之前在空氣中暴露不超過(guò)24s。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在所述計(jì)量加料步驟之前是下列步驟注塑一種包括前曲面和后曲面的接觸透鏡模具。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸透鏡模具包括前曲面及后曲面，在所述計(jì)量加料步驟期間將所述可聚合混合物加入到所述前曲面中，并通過(guò)將所述后曲面落位到所述前曲面上完成所述密封步驟，而且，其中所述可聚合混合物是氧氣敏感的。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述接觸透鏡模具包含塑料。
7.權(quán)利要求4的方法，其中所述接觸透鏡模具包含聚苯乙烯。
8.權(quán)利要求4的方法，其中所述接觸透鏡模具包含聚丙烯。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述接觸透鏡模具為可重復(fù)使用的模具。
10.一種制造接觸透鏡的方法，它包括下列步驟在包括光學(xué)模具表面的接觸透鏡模具中計(jì)量加入氧氣敏感可聚合混合物，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面具有的可干擾所述可聚合混合物聚合反應(yīng)的氧氣量小于2.5×10-9mol/cm2。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面具有的可干擾所述可聚合混合物聚合反應(yīng)的氧氣量小于1.9×10-9mol/cm2。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面具有的可干擾所述可聚合混合物聚合反應(yīng)的氧氣量小于1.5×10-9mol/cm2。
13.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具包含塑料。
14.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具包含聚苯乙烯。
15.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具包含聚丙烯。
16.權(quán)利要求10的方法，其中所述接觸透鏡模具包含玻璃。
17.權(quán)利要求10的方法，它還包括下列步驟氣密密封所述可聚合混合物及所述光學(xué)模具表面，其中所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面，在所述計(jì)量加料及密封步驟剛好開(kāi)始之前在空氣中暴露不超過(guò)70s。
18.權(quán)利要求10的方法，它還包括下列步驟氣密密封所述可聚合混合物及所述光學(xué)模具表面，其中所述接觸透鏡模具包含新材料，而其中包含新材料的所述接觸透鏡模具的所述光學(xué)表面，在空氣中暴露等于或小于(70s)*(PS的D*k)/(NM的D*k)的時(shí)間。其中NM＝新材料PS＝聚苯乙烯D＝氧氣在模具材料中的擴(kuò)散系數(shù)，以及k＝氧氣在模具材料中的溶解度。
全文摘要
一種在處于含分子氧(O
文檔編號(hào)G02C7/04GK1259425SQ9912742
公開(kāi)日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者O·W·卡爾文, J·B·恩斯, T·金德森－拉森 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力產(chǎn)品有限公司