Brevet FR2477058A1 — publié le 19810904

PROCEDE DE FABRICATION PAR MOULAGE DE LENTILLE DE CONTACT ET LENTILLES OBTENUES. L'invention concerne un procédé de fabrica- tion, par moulage, d'une lentille de contactconstituant un produit fini ayant les qualités optiques requises pour être mise en place au contact d'un oeil et assurer les corrections recherchées. On sait que les lentilles de contact sont traditionnellement réalisées par usinage à partir d'ébauches ou palets réalisés par polymérisation d'une composition mono- mère synthétique; ces palets ou ébauches sont généralement obtenus par polymérisation dans des moules sans que leur fabri- cation s'accompagne de difficultés particulières, puisque les --15 surfaces optiques sont ensuite usinées à partir de ceux-ci. Cet usinage des palets pour donner aux len- tilles leur forme définitive avec les qualités optiques requises est une opération longue, délicate, onéreuse, et qui requiert un personnel spécialisé nombreux. Pour supprimer cette opéra- tion d'usinage, on a eu l'idée de fabriquer directement par moulage les lentilles de contadt, en assurant la polymérisation de la composition de base dans un moule fermé reproduisant en creux la forme définitive de la lentille.à obtenir. Toutefois, ce type de fabrication se heurte à un problème extrêmement difficile à résoudre en pratique, pour parvenir à obtenir des lentilles dont les surfaces préeen- tent les qualités optiques requises et les bords une minceur et un profil adéquats pour être physiologiquemènt supportés par l'oeil. En effet, au courédela polymérisation qui est en général produite à une température de l'ordre de 60 à 700C, on constate des décollements de la matière de la lentille par rapport au moule avec formation de minuscules poches entre la lentille et les parois du moule; les lentilles ainsi fabriquées sont inutili- sables de sorte que, malgré leur intérêt apparent, ces procédés de moulage-n'ont pu jusqu'à présent faire l'objet d'une exploi- tation effective sur le plan industriel. Les spécialistes qui se sont penchés sur le problème ont expliqué le décollement des lentilles et la for- mation des poches par un phénomène de retrait que subirait la matière à chaud en cours de polymérisation. Ainsi, dans la demande de brevet française N0 77.08393, on a tenté de résoudre le problème en réalisant un moule spécial doté sur son pourtour de lèvres élastiques qui ont pour fonction de remplir l'espace vide ayant tendance à apparaître autour de la lentille afin d'éviter le décollement de la lentille et là formation des poches sus-évoquées. On parvient ainsi à un certain résultat, ce qui a renforcé la thèse selon laquelle les difficultés prove- naient des retraits de matière au cours de la polymérisation. Toutefois, le procédé décrit dans la deman- de de brevet sus-évoquée exige la réalisation de moules de struc- ture spéciale dont les lèvres élastiques très minces ont une rapide tendance à se détériorer. De plus et surtout, la bordu- re des lentilles fabriquées dans ces moules est généralement relativement épaisse et peu régulière; lorsqu'elles sont posées, de telles lentilles présentent l'inconvénient d'être fréquemment déplacées par le mouvement des paupières qui s'accrochent sur leur bordure. La présente invention vise un procédé de fabrication par moulage du type sus-évoqué, dans lequel on poly- mérise une composition de base dans un moule, composé de parties refermées étanchément l'une contre l'autre et reproduisant en creux la forme de la lentille à obtenir. L'invention se propose de fournir une so- lution au problème de moulage sus-évoqué, sans avoir les incon- vénients des solutions connues. Un objectif de l'invention est en particu- lier de permettre d'obtenir par moulage en moule fermé une len- tille ayant des surfaces optiques et des bords minces de quali- tés ppropriées. Un autre objectif est d'indiquer un procé- dé susceptible d'être mis en oeuvre dans des moules de structu- re simple, non soumis à des risqués d'usure rapide. A cet effet, le procédé de fabrication conforme à l'invention pour réaliser une lentille cornéenne de qualité optique appropriée par polymérisation d'une composition de base dans un moule fermé consiste à réaliser le moule en un matériau trans- parent ou peu absorbant à l'égard des ondes électromagnétiques de longueur d'onde approximativement comprise entre 1 micromè- tre et 10 6 micromètre, ledit moule étant réalisé de façon à posséder une inertie thermique très supérieure à celle de la quantité de composition de base nécessaire pour réaliser une lentille, à élaborer une composition de base à par- tir d'un ou de monomères à doubles liaisons polymérisables, ayant un caractère absorbant à l'égard des ondes électromagné- tiques sus-évoquées, 10. et à assurer la polymérisation de la compo- sition à l'intérieur du moule fermé-, par irradiation de l'en- semble au moyen d'ondes électromagnétiques ayant la longueur d'onde précitée, avec une densité de puissance adaptée pour conserver une température inférieure à approxima- tivement 400C au niveau du moule. On constate au cours de la mise en oeuvre d'un tel procédé que la matière de la lentille demeure appli- quée contre le moule et en épouse parfaitement la forme, aussi bien dans les zones centrales que sur la bordure de la lentille. A la fin de la polymérisation, la lentille comporte un état de surface satisfaisant sur le plan optique avec en particulier des bords réguliers qui reproduisent la conformation indéfor- mable du moule à ce niveau; grâce à une forme appropriée du moule, ces bords peuvent donc avoir une épaisseur faible, dé- croissant progressivement conformément aux exigences requises pour les lentilles cornéennes et ce, de façon reproductible au cours de moulages successifs de séries de lentilles. L'explication de l'obtention de ce résultat inattendu tient vraisemblablement dans les deux faits suivants d'une part, contrairement à ce que l'on croyait, la formation des poches dans les procédés classiques provient au moins autant des dilatationsdifférentielles à chaud du moule et de la composi- tion de base que des retraits de cette dernière-' d'autre part, les retraits/au cours d'une polymérisation à température faible /ue Ia composition de base/ sont à eux seuls insuffisants pour produi- re un décollement. Le procédé de l'invention conduit à dissiper l'énergie nécessaire à la polymérisation au coeur de la matière de la lentille, en évitant d'échauffer celle-ci trop fortement, et surtout en évitant d'échauffer le moule qui n'absorbe prati- quement pas d'énergie et possède une inertie thermique élevée par rapport à la matière de la lentille. Dans ces conditions, on évite des dila- tations sensibles du moule, qui sont l'une des causes essentiel- les, semble-t-il, des difficultés rencontrées dans les procédés classiques, cependant que les retraits de la matière de la len- tille deviennent acceptables. De préférence, l'irradiation est effec- tuée au moyen de rayons ultraviolets de longueur d'onde compri- se entre 0,2 et 0,4 micromètre. Cette bande de longueur d'onde conduit en pratique à un appareillage de type courant ne pré- sentant aucun danger pour les utilisateurs; en outre, dans cet- te bande de longueur d'onde, il est facile de choisir pour le moule un matériau très peu absorbant, par exemple polymère non chargé tel que polypropylène ou polyéthylène, cependant que de nombreuses compositions monomères à doubles liaisons polyméri- sables présentent un caractère absorbant à l'égard de ces ondes électromagnétiques et notamment les monomères vinyliques ou al- lyliques; il est possible le cas échéant d'accroître ce pou- voir absorbant en ajoutant à la composition de base un agent photosensibilisateur tel que benzoine, azobis iso butyro nitri- le,... Bien entendu, le matériau du moule doit être compatible avec la composition de base polymérisable, c'est- à dire être parfaitement neutre à l'égard de celle-ci. L'irradiation est de préférence assurée de sorte que la densité de puissance au niveau de l'ensemble -3 moule/composition de base soit comprise entre 0,1.10 et 100.10 3 watt/cm3. Ce niveau de puissance est en général suffisant pour amorcer la réaction de polymérisation et entre- tenir convenablement celle-ci, tout en conservant en tout point une température modérée, inférieure à 40 C, et en particulier comprise entre 100 et 300 C. On choisira de préférence pour consti- tuer la composition de base un monomère ou un mélange de mono- mères ayant une molécule de volume élevé, en particulier du groupe suivant: hydroxyéthyl méthacrylate, hydroxy propyl mé- thacrylate, hydroxyéthyl acrylate, éthylène glycol diméthacry- late, vinyl pyrrolidone, glycidyl méthacrylate, méthacrylamide bisphénol A diméthacrylate, bis phénol A bis ( 2 hydroxy propyl méthacrylate). Ces monomères présentent, au cours de la polymé- risation à faible température, un retrait faible permettant d'ob- tenir une qualité parfaitement satisfaisante des lentilles. Le monomère ou le mélange de monomères cons- tituant la composition de base peut être mélangé avec des po- lymères liénaires ce qui réduit encore le retrait en cours de polymérisation et permet dans certaines applications d'amélio- 1Q rer le résultat. On peut en particulier mélanger les polymè- res linéaires suivants: polyglycidyl méthacrylate, polymé- thyl méthacrylate, polyvinyl pyrrolidone. Il est possible de mettre en oeuvre le pro- cédé de l'invention à la pression atmosphérique et c'est ainsi en pratique que l'on opèrera généralement en vue de réduire le coût des appareillages nécessaires -, on a pu observer toutefois qu'une augmentation de la pression constituait un facteur'fa- vorable et, dans certaines applications, on pourra opérer à une pression de l'ordre de 2 à 10 bars. Le moule utilisé doit en pratique mettre en jeu une masse de matériau au moins 20 fois supérieure à celle de la quantité de composition de base nécessaire pour réaliser une lentille, de façon à assurer par l'inertie thermique une régulation de température satisfaisante. Par exemple, pour une lentille de 0,03g, on peut utiliser un moule en deux parties, ayant chacune une masse de l'ordre de 1 g. Le cas échéant, la surface externe du moule peut être refroidie par un fluide en mouvement. La description qui suit donne à titre non limitatif, plusieurs exemples de mise en oeuvre du procédé con- forme à l'invention, qui ont été réalisés au moyen d'une ins- tallation et d'un moule, tels que schématisés aux dessins anne- xés; sur ces dessins: 35. la figure 1 est une vue en coupe axiale des deux parties d'un moule, en position séparée, - les figures 2 et 3 sont des vues schéma- tiques, illustrant la mise en place de la composition de base dans le moule, la figure 4 est une vue schématique d'une installation d'irradiation pour la mise en oeuvre du procédé. Avant de fournir les conditions spécifiques de mise en oeuvre des exemples, on va fournir ci-après les ca- ractéristiques des matériels permettant cette mise en oeuvre, ainsi que les conditions du procédé communes aux divers exem- ples. /décrit en l'exemple! Le procédé/vise à fabriquer par moulage des lentilles de contact hydrophiles (ou lentilles souples) ayant après moulage toutes les caractéristiques requises (géométriques, mécaniques et optiques) sans qu'il soit besoin de leur faire su- bir des opérations d'usinage ou autres finitions. On utilise à cet effet un moule formé de deux parties 1 et 2 (Fig. 1). Ce moule est fabriqué à partir d'un matériau transparent à l'égard des rayonnements ultravip- lets et ne réagissant pas chimiquement avec les compositions de base généralement utilisées pour réaliser des lentilles hy- drophiles (mélanges de monomères vinyliques et allyliques). De plus, le matériau du moule doit permet- tre un démoulage facile de la lentille; il doit également per- mettre l'obtention de surface de moulage présentant une qualité de"poliglacé"compatible avec la qualité optique requise de la lentille finale. Pour les exemples qui suivent, le moule est réalisé en polypropylène pur non chargé, c'est-à-dire ne compor- tant aucun additif ayant un caractère absorbant à l'égard des rayonnements utilisés. Les deux parties du moule sont obtenues par moulage par injection; bien entendu, les moules peuvent le cas échéant être usinés et polis et obtenus par tout autre procédé. La partie 1 présente une face concave la ayant un rayon Ra égal au rayon de la face convexe de la len- tille à réaliser. Cette face {a se prolonge par un méplat péri- phérique lb incliné vers l'extérieur. Extérieurement, cette partie comporte un flanc légèrement conique lc qui s'interrompt en partie haute pour former une échancrure périphérique le, appelée à recevoir l'excédent de composition de base, qui est chassé en fin d'em- boîtement des deux parties du moule. En l'exemple, la partie 1 est en outre évidée dans son volume non utile pour permettre une fabrication précise du moule, par in- jection; cette partie est supportée par une collerette périphérique ld. Le diamètre total de cette partie est de l'or- dre de 15 mm et son Doids de l'ordre de lg. L'autre partie du moule est destinée à venir coiffer la première partie 1 et possède un poids du même ordre. Elle comprend une face convexe 2a, ayant un rayon Ro égal à celui de la face concave de la lentille à réaliser. Cette face 2a se prolonge par un méplat 2b, conjugué du méplat lb et appelé à venir en appui contre celui-ci. Cette partie 2 du moule comprend en outre un flanc conique 2c, de forme adaptée pour venir en appui con- tre le flanc lc et assurer une bonne étanché5té grâce à un appui portant sur une grande surface. Au début des opérations, la composition de base est disposée en léger excédent dans la partie 1 du moule à l'intérieur du logement délimité par la face concave la, com- me le schématise la figure 2. - La partie 2 est ensuite emboîtée sur la partie 1 jusqu'à ce que les méplats périphériques lb et 2b et les flancs coniques lc et 2c s'appliquent respectivement les uns sur les autres. Au cours de cette opération, l'excédent de la composition de base est chassé dans l'échancrure le. De fa- çon générale, le poids de la composition de base restant entre les faces la et 2a n'excède pas 0,05 g environ pour une lentil- le hydrophile de type courant. Un organe de serrage est ensuite mis en pla.- ce pour maintenir les deux parties du moule appliquées l'une contre l'autre (fig. 3). Bien entendu cet organe'est prévu en matériau non absorbant à l'égard des rayonnements utilisés. L'ensemble est alors prêt pour la polymé- risation. Il est introduit avec une pluralité d'autres moules /dans une enceinte 37 préparés de la même manîere,/fsur tes supports 5 en matériau non absorbant à l'égard des rayonnements; cette enceinte est équipée de plusieurs tubes 4 à vapeur de mercure, aptes à émet- tre un rayonnement ultraviolet ayant une densité de puissance de l'ordre de 13.10 watt/cm3 dans l'enceinte, la longueur d'onde des rayonnements étant de l'ordre de 0,3 à 0,35 micro- mètre. Dans tous les exemples fournis ci-après, la durée de polymérisation a été de plusieurs heures (entre 5 et 7 heures) et, à tout instant, la température est restée infé- rieure à 40 C. On n'a observé aucune apparition de poche entre le moule et la matière en cours de polymérisation, et les lentilles obtenues présentaient des caractéristiques géométri- ques et optiques tout à fait satisfaisantes. Le polymère obte- nu au terme de la polymérisation est remarquablement homogène dans tout le volume de la lentille, ce qui est une qualité très favorable sur le plan optique. Notons que les moules sont rigides et ne comportent aucune partie fragile; ils ont pu être utilisés pour de nombreux essais sans détérioration apparente. Les mêmes essais ont été reproduits avec des lampes à filament, donnant une irradiation de longueur d'onde égale à 0,36 micromètre avec une densité de puissance de l'ordre de 3,3.10 watt/cm3. Les durées de polymérisation ont été plus longues (de l'ordre de 7 à 9 heures). La qualité des lentil- les est équivalente. EXEMPLE 1 La composition de base disposée dans le moule fermé est la suivante: Hydroxy éthyl méthacrylate (Hema) 72,18 % (en poids) Hydroxy propyl méthacrylate (Hpma) 23,75 % Hydroxy éthyl acrylate (Hea) 2,00 % Ethylène glycol diméthacrylate (Egdma) 0,05 % Polyvinyl pyrrolidone (PVP): 2,00 % Azobis iso butyro nitrile (AIBN) 0,016 % La température ambiante était de 20 C et la température maximum dans l'enceinte 3 au niveau du moule de l'ordre de 30 C. La polymérisation a duré environ 5 heures avec les tubes à vapeur de mercure et environ 7 heures avec les lampes à filament. Le matériau obtenu est apte à absorber envi- ron 40 % d'eau (en poids, par rapport au poids final de la lentille hydratée). EXEMPLE 2 Vinyl pyrrolidone (VP) Glycicyl méthacrylate (GMA) Méthacrylamide (MC) AIBN : 59,8 % : 35 % : 5% : 0,016 % Température ambiante: 20 C Température maximum au cours de la polymérisation: 25 C Durée: 6 heures avec les tubes à vapeur de mercure Durée: 8 heures avec les lampes à filament Proportion d'eau absorbable par la lentille finie: 70% Dans cet exemple, un courant d'air était envoyé à la base de l'enceinte pour conditionner celle-ci à C. EXEMPLE 3 VP 63,8 % GMA: 20,0 % Poly glycidyl méthacrylate (PGMA): 16,0 % Bisphénol A diméthacrylate (BPAD): 0,20 % Température ambiante: 20 C Température maximum au cours de la polymérisation 30 C Durée: 5 heures (tubes à vapeur de mercure) Durée: 7 heures (lampes à filament) Proportion d'eau absorbable: 70 % EXEMPLE 4 VP PGMA BPAD AIBN : 59,8 % : 39,9 % : 0,1% : 0,016 % Température ambiante: 20 Température maximum au cours de la polymérisation: 30 C Durée: 5 heures (tubes à vapeur de mercure) Durée: 7 heures (lampes à filament) Proportion d'eau absorbable: 84 % EXEMPLE 5 VP: 60 % Polyméthyl méthacrylate: 10 % Hpma: 30 % Température ambiante: 10 C Température maximum au cours de la polymérisation 18 OC Durée: 7 heures (tubes à vapeur de mercure) Durée: 9 heures (lampes à filament) Proportion d'eau absorbable: 73 % Il est à remarquer que les exemples 3, 4 et 5 utilisent des matériaux avantageux pour le procédé car leursretraits à froid sont très faibles en raison de la pré- sence de polymères linéaires qui n'apportent par eux-même aucun retrait. Les exemples 1 et 2 utilisent des matériaux à retrait plus important; toutefois, le volume initial de la molécule de ces monomères est suffisamment grand pour permet- tre l'obtention d'un résultat satisfaisant, le retrait de ces matériaux à froid étant compatible avec l'obtention de lentil- les de qualités appropriées compte tenu de l'absence de dilata- tion des moules au cours du procédé. Il est à noter que Jes lentilles hydrophi- les peuvent être obtenues à l'état sec, à l'état partiellement * hydraté ou l'état entièrement hydraté, par adjonction adéqua- te d'eau à la composition de base. Bien entendu le procédé conforme à l'inven- tion permet d'obtenir des lentilles non hydrophiles grâce à un choix approprié des monomères de base. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de fabrication d'une lentille de contact de qualité optique appropriée, du type consistant à polymériser une composition de base dans un moule étanche fermé reproduisant en creux la forme de la lentille à obte- nir, ledit procédé étant caractérisé en ce que: on réalise le moule en un matériau trans- parent ou peu absorbant à l'égard des ondes électromagné- tiques de longueur d'onde approximativement comprise entre 1 micromètre et îo 6 micromètre, ledit moule étant réalisé de façon à posséder une inertie thermique très supérieure- à celle de la quantité de composition de base nécessaire pour réaliser une lentille, on élabore une composition de base à par- tir d'un ou de monomères à doubles liaisons polymérisables, ayant un caractère absorbant à l'égard des ondes électroma- gnétiques sus-évoquées, et on assure la polymérisation de la com- position à l'intérieur du moule fermé, par irradiation de l'ensemble au moyen d'ondes électromagnétiques ayant la lon- gueur d'onde précitée, avec une densité de puissance adaptée pour conserver une température inférieure à approximativement 40 'C au niveau du moule. 2/ - Procédé de fabrication dans lequel la composition de base est un monomère ou un mélange de mono- mères vinyliques ou allyliques ou un mélange de ces monomères avec des polymères linéaires, caractérisé en ce que la polymé- risation est assurée par irradiation au moyen de rayons ultra- violets de longueur d'onde comprise entre 0,2 et 0,4 micro- mètre. 3/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau du moule est un polymère non chargé tel que polypropylène ou polyéthylène, la polymérisation de la composition de base étant assurée par irradiation au moyen de rayons ultra- violets de longueur d'onde comprise entre 0,2 et 0,4 micro- mètre. 4/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on ajoute à la composition de base un agent photosensibilisateur, adapté pour augmenter le pouvoir absorbant de ladite composition. / - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la composi- tion de base est un monomère ou un mélange de monomères ayant une molécule de volume élevé, du groupe suivant: hydroxyéthyl méthacrylate, hydroxv propyl méthacrvl]te, hvdroxvéthyl acryla- late / te, éthylèneglycoldiméthacry/-,vnyi pyrrolldone, gLycidyl métha- crylate, méthacrylamide, bis phénol A bis ( 2 hydroxy propyl mé- thacrylate), 6/ - Procédé de fabrication selon la reven- dication 5, caractérisé en ce qu'on mélange à la composition de base au moins un polymère linéaire, en particulier: poly- glycidyl méthacrylate, polyméthyl méthacrylate, polyvinyl pyrrolidone. 7/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'irradiation est assurée de sorte que la densité de puissan- ce au niveau de l'ensemble moule/composition de base soit com- prise entre environ 0,1.103 et 100.103 watt/cm3. 8/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on opère sous une pression égale à la pression atmos- phérique. 9/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on opère sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, de l'ordre de 2 à 10 bars. / - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que 'l'on utilise un moule mettant en jeu une masse de matériau au moins 20 fois supérieure à celle de la quantité de composition de base nécessaire pour réaliser une lentille. 11/ - Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel on utilise un moule en deux parties, l'une ayant une face concave pour la formation de-la face convexe de la lentille, l'autre ayant une face convexe pour la formation de l'autre face de la lentille, ca- ractérisé en ce que, après mise en place de la composition de base dans la partie à face concave, les deux parties de moule sont refermées étanchement l'une dans l'autre, grâce à des flancs périphériques légèrement coniquE que comportent les deux parties de moule. 12/ - Lentille de contact réalisée par mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11.