Brevet FR2687481A1 — publié le 19930820

L'invention concerne de nouvelles lentilles à haut indice en résine époxy aromatique. Les lentilles ophtalmiques en matière plastique sont bien connues et largement disponibles dans le commerce. La tendance actuelle est au développement de lentilles ophtalmiques à haut indice afin de minimiser l'épaisseur et le poids des lentilles pour des considérations d'esthétique et de confort. L'invention vise à fournir de nouvelles lentilles à haut indice en matière plastique qui répondent à ce besoin. Plus particulièrement, l'invention concerne une lentille en polymère thermodurci transparent caractérisée en ce que le polymère thermodurci est une résine epoxy aromatique thermodurcie présentant un indice de réfraction d'au moins 1,58. Selon un mode de réalisation particulier, la lentille est une lentille ophtalmique. Cependant, la lentille pourrait aussi être une lentille pour dispositifs optiques tels qu'objectifs photographiques, objectifs de caméras, etc... Les résines époxy aromatiques convenant pour constituer les lentilles de l'invention sont produites par durcissement de compositions thermodurcissables comprenant un diépoxyde aromatique et un durcisseur choisi parmi les anhydrides de diacides aromatiques et les diamines aromatiques. I1 est à noter que le terme "aromatique" tel qu'il est utilisé dans la présente description qualifie des monomères et des résines qui ne sont pas nécessairement entièrement aromatiques, mais peuvent inclure, à côté de fragments aromatiques, des fragments aliphatiques et/ou cycliques non-aromatiques. Comme exemple de diépoxydes aromatiques disponibles dans le commerce, on peut citer l'éther diglycidylique de bisphénol A (DGEBA en abrégé) de formule où n = 0 à 0,4, en moyenne, qui est préféré, et l'éther diglycidylique de résorcinol (RDGE) de formule Comme exemple d'anhydride de diacide aromatique facilement disponible, on peut citer l'anhydride phtalique. Comme exemples de diamines aromatiques disponibles dans le commerce, on peut citer la 4',4'- diaminodiphénylsulfone, le 4,4' -diaminodiphényl-méthane, la m-phénylènediamine, la xylylènediamine. On préfère la 4 r 4'-diaminodiphénylsulfone et la xylylenediamine. La composition thermodurcissable est obtenue par mélange soigneux du diépoxyde et du durcisseur et éventuellement d'un catalyseur. La fabrication d'une lentille selon l'invention peut être effectuée comme décrit ci-après en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique illustrant la fabrication d'une lentille à puissance positive ; et la figure 2 est une vue schématique illustrant la fabrication d'une lentille à puissance négative. Comme illustré, avant la coulée, on met en place, à la périphérie d'un élément de moule circulaire concave 1 en verre, des cales 2 d'épaisseur appropriée, par exemple quatre, disposées de façon équidistante. On coule alors dans la concavité de l'élément 1 une quantité appropriée de composition de résine époxy thermodurcissable 3. On vient ensuite appliquer sur la masse de composition thermodurcissable une contreforme 4, par exemple en verre ou polytétrafluoroéthylène, dont la surface inférieure sert à former la face postérieure de la lentille à la forme voulue. Ce peut être une contreforme dont la surface inférieure 5 est plane si l'on veut produire une lentille semi-finie destinée à être usinée ultérieurement, ou pourvue d'un profil sphérique ou autre si l'on veut produire une lentille finie.La figure 1 illustre le cas de la production d'une lentille finie de puissance positive, auquel cas la courbure de la surface inférieure 5 de la contre forme 4 doit être moindre que la courbure de l'élément de moule 1. La figure 2 illustre le cas de la production d'une lentille finie de puissance négative auquel cas la courbure de la surface inférieure 5 de la contre forme 4 doit être plus accentuee que celle de l'élément 1. L'état de surface de la surface supérieure de l'élément de moulage 1 et de la surface inférieure 5 de la contreforme doit être aussi parfait que possible et ces surfaces doivent présenter des propriétés anti-adhérentes résultant, par exemple, d'un traitement à l'aide d'une dispersion de Téflon ou d'une solution de silicone, pour faciliter ltenlèvement de la lentille après durcissement de la composition 3. En variante, l'élément 1 et/ou la contreforme 4 pourraient être réalisés entièrement en matériau à propriétés anti-adhérentes, par exemple en polytétrafluoroéthylène. Le durcissement de la composition 3 peut être effectué en chauffant l'ensemble support-élément en verrecomposition thermodurcissable-contreforme dans un four ou étuve selon un programme de chauffage-refroidissement adapté à la composition utilisée. A titre indicatif, un programme comprenant un maintien de 1 à 36 heures environ à une température maximale de 100 à 150"C s'est révélé habituellement satisfaisant. Après durcissement, on enlève la contreforme et les cales, on sépare la lentille de l'élément 1, puis on déborde la lentille pour éliminer les bavures de résine éventuelles. Les résines époxy aromatiques qui constituent la partie organique des lentilles de l'invention, présentent de bonnes propriétés de transmission de la lumière, un indice de réfraction d'au moins 1,58 et fréquemment de l'ordre de 1,6, un retrait volumique modéré au durcissement, un coefficient de dilatation thermique relativement faible, une faible absorption d'eau, une faible sensibilité aux rayons U.V., une dureté élevée, et une température de transition vitreuse habituellement supérieure à 100"C, qui les rendent éminemment utiles dans l'application visée. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d'illustrer l'invention. Exemple 1 : Préparation de compositions thermodurcissables de résines époxy aromatiques On a préparé des compositions A) à C) de résines époxy aromatiques thermodurcissables en mélangeant soigneusement à 40"C et sous vide, jusqu'a homogénéité, les ingrédients indiqués. A) 3,65 parties en poids de 4,4'-diaminodiphénylsulfone ayant un poids équivalent de groupes amino de 62 ; et 10 parties en poids de DGEBA (éther diglycidylique de bisphênol A) vendu sous la désignation commerciale DER 332 par la Société DOW CHEMICAL CORP. B) 2 parties en poids de xylylène diamine ; et 10 parties en poids du DGEBA décrit en A). C) 10 parties en poids du DGEBA décrit en A), 7,5 parties en poids d'anhydride phtalique, et 0,01 partie en poids de diméthylbenzylamine (catalyseur). Exemples 2-11 : Fabrication des lentilles Les compositions A) à C) de l'exemple I ont été utilisées pour fabriquer des lentilles par le procédé décrit ci-dessus en se référant aux figures 1 et 2. L'élément de moulage inférieur et la contreforme avaient, préalablement à la coulée, reçus une application de silicone RTV 141 (vendu par RHONE-POULENC) par enduction centrifuge, suivie d'un durcissement par chauffage, afin de leur conférer des propriétés anti-adhérentes. Les quantités de composition coulée allaient de 6,5 g pour les lentilles les plus faiblement correctrices à 25 g pour les lentilles les plus fortement correctrices. On a effectué ensuite le thermodurcissement de la matière coulée. Le tableau suivant indique le type de lentilles produites, les conditions de durcissement de la résine époxy, et les propriétés de la résine époxy durcie, et les résultats de certains essais conduits sur la lentille résultante.Ces essais étaient les suivants Essai de la chute de bille Cet essai, mis au point par la FDA américaine, consiste à faire tomber une bille en acier de 16 g, d'une hauteur de 1,27 m sur la face convexe de la lentille. Si cette dernière subit l'épreuve sans casse, elle passe l'essai avec succès. Essai de résistance aux agents atmosphériques Cet essai consistait à maintenir les échantillons de lentilles dans une enceinte climatique à 50"C et 98% d'humidité relative pendant 2 semaines. Essai de cycle thermique Cet essai consistait à placer pendant la durée indiquée les échantillons de lentilles dans une enceinte dont la température variait de -40 à +80"C pour revenir à -40 C en l'espace de 2 heures. Essai de résistance à l'eau bouillante Cet essai consistait à placer les échantillons dans un bain d'eau à la température ambiante, que l'on portait progressivement à ébullition, et à maintenir alors les échantillons pendant 2 heures dans l'eau bouillante. T A B L E A U Exemples 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Composition coulée A B B B B B B B C B Type de lentille SF SF F,-6,8D F,+2D F,+3,5D F,+5D F,-2D torique SF F,-6D -1,7, +2,9D cylindre 4,6 Epaisseur de la maxi- maxi- 1,65 mm 3,0 mm 4,6 mm 7,5 mm 1,6 mm 3,7 mm lentille, mm male 8 male 10 au au au au au au 4,8 mm centre centre centre centre centre centre Conditions de 105- TA, 16h TA, 16h TA, 16h TA, 16h TA, 16h TA, 16h TA,16h 90 C, 10 C/ durcissement 110 C, + + + + + + + 16h + 16h + 36h 110 C, 110 C, 110 C, 110 C, 10 C, 110 C, 110 C, 150 C, 50 C, 5h 5h 5h 5h 4h + 5h 5h 2h 1h + 130 C, 100 ,2h 2h Propriétés de la résine époxy Indice de réfraction 1,623 1,597 1,597 1,597 1,597 1,597 1,597 1,597 1,597 1,597 Dureté Shore D 88 88 88 88 88 88 88 88 88 89 Température de transition vitreuse, C 118 122 122 122 122 122 122 122 150 118 Retrait à la polymérisation 0,3- 0,3- 0,3- 0,3 0,3- 0,3- 0,3- 0,3- ND 0,30,4% 0,4% 0,4% 0,4% 0,4% 0,4% 0,4% 0,4% 0,4% T A B L E A U (Suite) Exemples 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Résultats d'essais Résistance aux agents atmosphé- + + + + + + + + + + riques (50 C, 98%HR, pendant 2 semaines Essai de cycle + (2 + (2 + (2 + (2 + (1 + (2 + (2 + (2 + (2 + (2 thermique, durée semai- semai- semai- semai- mois) semai- semai- semai- semai- semaines) nes) nes) nes) nes) nes) nes) nes) nes) Eau bouillante, 2h + + + + + + + + + + + + séjour de 1 semaine à 25 C et ND ND + ND ND + + + ND ND O%HR Essai de la chute ND ND ND ND ND + + ND ND ND de bille Abréviations : SF = semi-finie F = finie D = dioptrie TA = température ambiante + = passe l'essai avec succès ND = non déterminé REVENDICATIONS 1. Une lentille en polymère thermodurci transparent caractérisée en ce que le polymère thermodurci est une résine époxy aromatique thermodurcie présentant un indice de réfraction d'au moins 1,58. 2. Lentille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est une lentille ophtalmique. 3. Lentille composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la résine époxy aromatique thermodurcie est produite par polymérisation d'éther diglycidylique de bisphénol A, d'une part et de 4,4' diaminodiphénylsulfone, de xylylènediamine ou d'anhydride phtalique, d'autre part.