Brevet FR2695732A1 — publié le 19940318

PROCEDE POUR PRODUIRE UNE LENTILLE PHOTOCHROME EN PLASTIOUE La présente invention concerne des lentilles photochromes en plastique Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé rapide et efficace pour produire des lentilles photochromes par chauffage aux micro-ondes. Les matières photochromes trouvent bon nombre d'applications potentielles dans les domaines de la photographie à développement automatique, la dosimétrie, le traitement de signaux optiques, l'affichage de données, la décoration, le contrôle de l'intensité du flux énergétique et analogues La technologie des matières photochromes la plus largement répandue et qui rencontre le plus de succès à l'échelle industrielle concerne les accessoires oculaires pour procurer une protection contre la lumière du soleil et pour contrôler l'intensité de cette dernière Couramment, la majorité des lentilles photochromes à titre d'accessoires oculaires sont réalisées en verres à base d'halogénure d'argent Toutefois, des lentilles photochromes en plastique basées sur des composés photochromes de spirooxazine ont fait quelque peu leur entrée sur le marché. Les composés de spirooxazine constituent un membre d'une famille de composés photochromes manifestant par inhérence une photodurabilité excellente Il s'agit des composés photochromes préférés utilisés pour produire des verres destinés à des accessoires oculaires (des lentilles à la fois ophtalmiques et solaires) Ceci est dû à leur résistance à la photo-fatigue et à leur teinte incolore sous forme inactivée (c'est-à-dire en l'absence de la lumière ultraviolette activante). On connaît bon nombre de procédés pour conférer la propriété photochrome à une matière Les procédés couramment utilisés englobent la coloration, le moulage, l'enduction et le moulage par injection Le procédé d'application dépend fortement de la matière du substrat Par exemple, les colorants de spirooxazine sont sensibles à certains produits chimiques tels que des initiateurs de polymérisation et des oxydants, et ils sont instables à température élevée (par exemple, aux températures de moulage par injection). Les matières plastiques couramment utilisées pour des accessoires oculaires englobent le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), l'acétobutyrate de cellulose (CAB), le polycarbonate, I'acétopropionate de cellulose (CAP), ainsi que le bis(allyl-carbonate) de diéthylèneglycol (CR-39) Les quatre premières sont des matières thermoplastiques, tandis que CR-39 est une matière plastique thermodurcissable Etant donné que les procédés pour le traitement photochrome dépendent de la nature du substrat de la lentille, certains procédés qui peuvent s'appliquer aux matières thermoplastiques peuvent ne pas s'avérer utiles pour les matières plastiques thermodurcissables Par exemple, le colorant photochrome ne peut être mélangé dans un monomère de CR-39 pour être polymérisé conjointement avec le monomère pour obtenir un produit dans lequel le colorant est dispersé de manière uniforme, étant donné que le catalyseur de polymérisation détruira le colorant. Le procédé de coloration est généralement mis en oeuvre dans un bain de solvant organique à point d'ébullition élevé Les solvants couramment utilisés sont des alcools, des glycols, des hydrocarbures aromatiques ou aliphatiques. On plonge la lentille en matière plastique thermodurcissable dans le bain de solvant qui contient normalement entre 1 % et % de colorant photochrome On maintient le bain de colorant dans le domaine de 90 à 120 C et le temps d'immersion dure normalement de une à plusieurs heures Ceci garantit la diffusion d'une quantité adéquate de colorant à la surface de la lentille pour obtenir une durabilité photochrome suffisante La stabilité thermique du colorant dans le bain de coloration constitue un problème majeur, étant donné le coût associé à une concentration élevée en colorant et à un temps de coloration prolongé. Deux autres procédés connus pour l'application d'un colorant photochrome sur les surfaces d'une lentille englobent le transfert en phase vapeurliquide et le transfert en phase solide Dans le transfert en phase vapeur-liquide, la lentille est chauffée en présence de vapeurs du colorant photochrome Dans le transfert en phase solide, le colorant photochrome et une résine filmogène sont dissous dans un solvant On applique la solution résultante sur la surface d'une lentille par n'importe laquelle des techniques communément utilisées telles que l'immersion, la centrifugation ou la pulvérisation On chauffe la lentille enduite à une température élevée en-dessous du point de fusion du colorant pendant un temps suffisamment long pour permettre la diffusion du colorant depuis le film de résine jusqu'au substrat de la lentille En général, la température de chauffage se situe dans le domaine de 1100 à 1500 C pendant un laps de temps allant de quelques minutes à quelques heures en fonction de la dureté de la lentille. Après l'étape de traitement thermique, on élimine le film en résine La source de chaleur pour ces deux procédés photo- chromes est un four thermique conventionnel. Le chauffage par des fours conventionnels est adéquat, mais il n'est pas rentable, en particulier pour des lentilles thermodurcissables Pour obtenir un transfert d'une quantité adéquate de colorant, on a besoin d'un temps de chauffage de plusieurs heures. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé plus efficace pour produire des lentilles photochro- mes en plastique L'objet est réalisé par le procédé destiné à produire des lentilles photochromes en plastique de la présente invention, procédé conformément auquel on confère une propriété photochrome à une lentille en plastique (par exemple, en colorant la surface de la lentille à l'aide d'une solution de colorant photochrome) à température élevée par chauffage aux micro-ondes pendant un laps de temps prédéterminé. Le chauffage aux micro-ondes, conformément à la présente invention, réduit considérablement le temps de chauffage par comparaison au temps de chauffage par convec- tion utilisé dans la technique antérieure En conséquence, le chauffage aux micro-ondes donne lieu à un procédé efficace et rentable pour produire des lentilles photochro- mes en plastique. A partir de la description détaillée ci-après, l'homme de métier évaluera et comprendra les caratéristiques et avantages mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres de la présente invention. Un nouveau procédé pour produire une lentille photochrome en plastique est présenté La lentille en plastique comprend n'importe quelle matière plastique de qualité optique, telle que le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), l'acétobutyrate de cellulose (CAB), le polycarbonate, l'acétopropionate de cellulose (CAP) ou le I bis(allyl-carbonate) de diéthylèneglycol (CR-39) Les quatre premières sont des matières thermoplastiques, tandis que CR- 39 est une matière plastique thermodurcissable D'autres matières plastiques ayant un indice de réfraction supérieur à celui de CR-39 ont été mises au point pour des applications comme accessoires oculaires Par exemple, les matières CR-400 à partir de PPG et de MR-6 de Mitsui Toatsu. l 15 Comme on l'a noté dans la technique antérieure, les composés photochromes de spirooxazine sont utilisés pour des lentilles photochromes en plastique et de tels composés sont -|I pris en compte par la présente invention Les composés de spirooxazine constituent un membre d'une famille de composés " 20 photochromes manifestant par inhérence une photodurabilité excellente Il s'agit des composés photochromes préférés utilisés pour produire des verres destinés à des accessoires oculaires (des lentilles à la fois ophtalmiques et solaires) Ceci est dû à leur résistance à la photo- fatigue et à leur teinte incolore sous forme inactivée (c'est-à-dire en l'absence de la lumière ultraviolette activante) Des composés photochromes représentatifs de la famille des spirooxazines peuvent être classifiés en diverses sous- classes, à savoir les spiroindolinonaphtoxazines (NISO), les spiroindolinopyridobenzoxazines (QISO), les spiro- indolinobenzoxazines (BISO) et les spiroindolino- anthryloxazines (AISO). Conformément à la présente invention, on confère une propriété photochrome à la lentille en colorant la lentille dans une solution de colorant photochrome On plonge la lentille dans la solution de colorant photochrome, que l'on chauffe alors pendant un laps de temps prédéterminé Après le chauffage, la lentille peut rester dans la solution de colorant photochrome chauffée pour s'en imprégner On retire alors la lentille et on la lave avec un solvant. On effectue l'étape de traitement thermique par chauffage aux micro- ondes Le chauffage aux micro-ondes s'est avéré être très efficace et rentable comparé au procédé de la technique antérieure Dans la technique antérieure, on procédait à l'étape de traitement thermique à l'intervention d'un chauffage conventionnel le traitement thermique utilisant les fours conventionnels nécessitait une température de chauffage dans le domaine de 1100 à 1500 C (pour des lentilles CR-39) pendant un laps de temps allant de plusieurs minutes à quelques heures en fonction de la dureté de la lentille Le chauffage à l'intervention d'un four conventionnel est adéquat, mais il n'est pas rentable en particulier pour des lentilles thermodurcissables à des températures élevées Pour obtenir une quantité adéquate de colorant transférée à la lentille, un laps de temps de chauffage de plusieurs heures est requis Le chauffage aux micro-ondes, conformément à la présente invention, réduit considérablement le temps de chauffage comme on peut le voir à partir des exemples procurés ci-dessous. Les lentilles utilisées dans les exemples ci-dessous étaient des lentilles planes A Olite CR-39 durcies à température élevée, ayant un diamètre de 76 mm (fabriquées par American Optical Corporation, la demanderesse de la présente invention) Le colorant photochrome utilisé était un mélange d'isomères de 1,3,3,4,5 et 1,3,3,5,6- pentaméthyl-9 '-méthoxy-NISO En outre, afin de déterminer la quantité de colorant transféré au substrat de la lentille, on a mesuré les absorptions de la lentille à 360 nm avant et après le traitement photochrome. Exemple 1 Dans un premier exemple de la technique antérieure, on ajoute 1,2 kg de propylèneglycol dans un bécher en verre de 1,5 1 On chauffe le solvant à 1150 C avec une plaque chaude. On ajoute vingt-quatre ( 24) grammes de colorant photochrome au solvant On utilise deux lentilles A Olite, on plonge une lentille dans le bain de colorant pendant 1 heure et l'autre pendant 2 heures Le changement de l'absorption à 360 nm avant et après le traitement pour la première lentille (c'est-à-dire un traitement d'une heure) est de 0,18 et pour la seconde lentille (c'est-à-dire traitement de deux heures) est de 0,25. Exemple 2 Dans un second exemple de la technique antérieure, on prépare une solution de bain de colorant à 2 % dans un récipient en métal et on le chauffe à 1520 C au moyen d'une plaque chaude On colore deux lentilles A Olite en les plongeant dans le bain de colorant pendant 1 heure La fixation de colorant telle que mesurée par le changement de l'absorption à 360 nm est de 0,46 pour les deux lentilles. Exemple 3 Dans un premier exemple selon la présente invention, on place un bécher en verre de 1 litre contenant 500 g de propylèneglycol et 10 g de colorant photochrome dans un four à micro-ondes (par exemple, Goldstar, modèle de 800 watt) contenant une lentille et on chauffe pendant 6 minutes On trempe alors la lentille dans la solution chauffée pendant minutes On retire ensuite la lentille et on la lave avec de l'acétone La température de la solution après chauffage est de 1670 C Le changement de l'absorption de la lentille à 360 nm est de 0,37. Exemple 4 Dans un second exemple selon la présente invention, on ajoute 5 g supplémentaires de colorant à la solution de l'exemple 3 pour obtenir une solution de colorant à 3 % On colore une lentille en la plongeant dans la solution et en chauffant la solution contenant la lentille pendant 6 minutes en utilisant le four à micro-ondes On retire alors la lentille et on la lave avec de l'acétone Le changement de l'absorption de la lentille à 360 nm est de 0,60. Avec le procédé de la présente invention, on obtient des résultats comparables à ceux de la technique antérieure dans un temps significativement moindre On peut voir clairement cette particularité en comparant le temps nécessaire dans les exemples 1 et 2 de la technique antérieure à celui des exemples 3 et 4 qui sont conformes à la présente invention. Bien que le procédé préféré consistant à conférer la propriété photochrome à la lentille soit la coloration, d'autres procédés connus tels que le moulage, l'enduction et le moulage par injection pourraient être utilisés Le procédé d'application dépend de la matière de la lentille utilisée Par exemple, des colorants de spirooxazine sont sensibles à certains produits chimiques tels que des initiateurs de polymérisation et des oxydants, et ils sont instables à température élevée (par exemple, aux températures de moulage par injection) En outre, certains procédés que l'on peut appliquer aux matières thermoplastiques peuvent ne pas s'avérer utiles pour les matières plastiques thermodurcissables Par exemple, le colorant photochrome ne peut être mélangé dans un monomère de CR-39 pour être polymérisé conjointement avec les monomères pour obtenir un produit dans lequel le colorant I est dispersé de manière uniforme, étant donné que le catalyseur de polymérisation détruira le colorant. En variante, on peut utiliser le procédé mentionné ci- dessus de transfert en phase solide pour appliquer le colorant photochrome sur la surface de la lentille dans le procédé de la présente invention Dans le transfert en phase solide, le colorant et une résine filmogène sont dissous dans un solvant On applique la solution résultante sur la surface d'une lentille par n'importe laquelle des techniques communément utilisées telles que l'immersion, la centrifugation ou la pulvérisation On chauffe alors la lentille enduite à une température élevée en-dessous du point de fusion du colorant pendant un temps suffisamment long pour permettre la diffusion du colorant depuis le film de résine jusqu'au substrat de la lentille. Bien que des formes de réalisation préférées aient été représentées et décrites, bon nombre de modifications et de substitutions peuvent y être apportées sans se départir de l'esprit et du cadre de l'invention telle que décrite à titre d'illustration et sans aucune limitation. -I REVENDICATIONS 1 Procédé pour produire une lentille photochrome en plastique, a eriknant les étapes consistant à: mélanger une solution de colorant photochrome; plonger une lentille en plastique dans ladite solution de colorant photochrome; caractérisé par le fait de chauffer aux micro- ondes la solution de colorant photochrome contenant la lentille en plastique pendant un laps de temps prédéterminé; retirer la lentille en plastique de la solution de i colorant photochrome chauffée après qu'un laps de temps prédéterminé se soit écoulé; et laver la lentille en plastique avec un solvant. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite solution de colorant photochrome comprend un composé de spirooxazine. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit composé de spirooxazine comprend les spiroindolinonaphtoxazines, les spiroindolinopyrido- benzoxazines, les spiroindolinobenzoxazines ou les spiroindolino-anthryloxazines. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage aux micro-ondes comprend le chauffage aux micro-ondes en utilisant un four à micro-ondes. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite lentille en plastique comprend une matière thermoplastique ou une matière plastique thermodurcissable. il 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite lentille en plastique comprend du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), de l'acétobutyrate de cellulose (CAB), du polycarbonate, de l'acétopropionate de cellulose (CAP) ou du bis(allyl- carbonate) de diéthylèneglycol (CR-39). 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite solution de colorant photochrome englobe d'environ 1 % à environ 10 % de colorant photochrome. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par les étapes supplémentaires consistant à tremper la lentille en plastique dans le colorant photochrome chauffé aux micro-ondes pendant un laps de temps prédéterminé, et à retirer la lentille en plastique de la solution de colorant photochrome chauffée après que le laps de temps prédéterminé pour le trempage se soit écoulé. 9 Procédé pour produire une lentille photochrome en plastique, caractérisé par les étapes consistant à: enduire la surface d'une lentille en plastique à l'aide- d'une solution de colorant photochrome; chauffer aux micro- ondes la lentille en plastique enduite pendant un laps de temps prédéterminé, par lequel un colorant photochrome diffuse depuis un film en résine jusqu'à la surface de la lentille en plastique; et éliminer le film en résine. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape d'enduction comprend le fait de plonger la lentille dans la solution de colorant photochrome. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape d'enduction comprend l'enduction dans la masse de la surface de la lentille en plastique par centrifugation à l'aide de la solution de colorant photochrome. 12 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape d'enduction comprend la pulvérisation de la surface de la lentille en plastique à l'aide de la solution de colorant photochrome. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ladite lentille en plastique comprend une matière thermoplastique ou une matière plastique thermodurcissable. 14 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que ladite lentille en plastique comprend du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), de l'acétobutyrate de cellulose (CAB), du polycarbonate, de l'acétopropionate de cellulose (CAP) ou du bis (allyl- carbonate) de diéthylèneglycol (CR-39). Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que ladite solution de colorant photochrome comprend ledit colorant photochrome et ladite résine dissoute dans un solvant. 16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite solution de colorant photochrome comprend un composé de spirooxazine. 17 Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit composé de spirooxazine comprend les spiro- indolinonaphtoxazines, les spiroindolinopyridobenzoxazines, les spiroindolinobenzoxazines ou les spiroindolino- anthryloxazines. 18 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit solvant comprend un alcool, un glycol, un hydrocarbure aromatique ou un hydrocarbure aliphatique. 19 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage aux micro-ondes comprend le chauffage aux micro-ondes en utilisant un four à micro-ondes. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, caractérisé en ce que ladite étape d'élimination comprend l'élimination du film en résine en utilisant un solvant.