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1. (CN103221465) 可固化光致变色组合物和由其制备的光学制品
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可固化光致变色组合物和由其制备的光学制品


交叉引用的相关申请
本申请要求2010年11月23日申请的US临时专利申请 No.61/416340的优选权权益,该文献的全部在此引入作为参考。
发明领域
本发明涉及能固化的有机聚合物光致变色组合物和光致变色制 品,该制品包含硬质基底,向该基底上施涂有作为涂层的光致变色聚 合物组合物。
发明背景
提供良好的成像品质,同时降低了入射光透射到眼睛内的光学制 品是许多应用所需用的,例如太阳镜、视力校正眼科透镜、平透镜和 时尚透镜例如非处方和处方透镜、运动护具、面罩、风镜、遮护照相 机透镜、窗户、汽车挡风玻璃和飞机和汽车透明件例如T型顶、侧灯 和后灯。作为对这样的需要的回应,用于光学应用的光致变色塑料制 品已经受到了很大的关注。具体的,光致变色眼科塑料透镜是令人感 兴趣的,因为它们提供了相对于玻璃透镜的重量优势。
已经通过表面吸入技术将光致变色材料混入到塑料基底中来制 备了光致变色塑料制品。在这种方法中,通过首先将一种或多种光致 变色染料/化合物(作为纯光致变色染料/化合物或者溶解在聚合物载 体或有机溶剂载体的形式)施用到塑料制品表面上,然后将热施加到该 涂覆的表面上来使得该光致变色染料/化合物扩散到塑料制品的子表 面区域(一种通常被称作“吸入”方法),来将光致变色染料混入到塑料 制品例如透镜的子表面区域中。这样的光致变色塑料制品的塑料基底 被认为在聚合物基质中具有足够的自由体积,来使得光致变色化合物 从无色形式转换成着色形式,然后回复到它们的初始无色形式。
但是存在着某些聚合物基质,其不会具有足够的自由体积来使得 前述的电成环机理充分发生以允许将它们作为基底用于吸入的(或者 内部混入的)光致变色材料用于商业上可接受的光致变色应用。这样的 基底非限定性的例子包括热固性聚合物基质,例如由烯丙基二甘醇碳 酸酯单体例如二甘醇双(烯丙基碳酸酯)所制备的那些及其共聚物;通 常已知的热塑性双酚A基聚碳酸酯;和高度交联的光学聚合物。
为了能够使用热固性聚合物、热塑性聚碳酸酯和高度交联的光学 聚合物材料作为光致变色制品的塑料基底,已经提出将光致变色涂层 施涂到这样的塑料基底表面上。为了响应消费者需求,正在进行的挑 战是使涂层中所包含的光致变色材料活化和失活所需的时间量最小。
发明内容
根据本发明,提供了一种能固化的有机聚合物光致变色组合物, 其包含:光致变色量的至少一种光致变色材料;聚合物多元醇,其沿 着它的主链具有碳酸酯基团和具有大于5000g/mol的根据下述GPC所 测量的数均分子量;和具有能够与该聚合物多元醇的羟基反应的反应 性官能团的固化剂。在固化后和在光致变色性能测试(Photochromic  Performance Test)后,该组合物具有小于200秒的T 1/2 褪色速率(如 下面的详细描述来测量)。
本发明还提供了一种光致变色制品,其包含硬质基底和施涂到该 基底表面上的光致变色有机聚合物涂层。该光致变色有机聚合物涂层 包含上述的组合物。
具体实施方式
在本说明书中(不同于操作实施例),除非另有指示,否则表达用 于下面的说明书和权利要求中的成分、反应条件等的量和范围的全部 数字(例如表达折射率和波长的那些)被理解为在全部的情况中是用术 语“大约”修正的。因此,除非有相反的指示,否则本说明书和附加的 权利要求中阐明的数字参数是近似的,其可以根据本发明的制品所寻 求获得的期望的性能而变化。最起码,和并非打算使用等价原则来限 制权利要求的范围,每个数字参数应当至少按照所报告的有效数字的 数值和通过使用通常的四舍五入技术来解释。此外,作为本说明书和 附加的权利要求中所用的,单数形式“一个”、“一种”和“该”目的是包 括复数指示物,除非明确的和不含糊的限定到一个指示物。
虽然阐明本发明宽的范围的数字范围和参数是近似的,但是在具 体实施例中所述数值是尽可能精确来报告的。但是任何数值本质上包 含了由它们各自的测试测量中存在的标准偏差所必然形成的某些误 差。同样,应当理解此处所述任何数字范围目的是包括包含在其中的 全部子范围。例如“1-10”的范围目的是包括在所述最小值1和所述最 大值10之间的全部子范围和包括所述最小值1和最大值10;即,具 有最小值等于或者大于1和最大值等于或者小于10的范围。因为所公 开的范围是连续的,它们包括在最小和最大值之间的每个值。除非另 有明确指示,否则在本申请中所规定的不同的数字范围按照规定是近 似的。
如下面的说明和权利要求所用的,下面的术语具有所示的含义:
术语“丙烯酸类”和“丙烯酸酯”是可互换使用的(除非这样作将改 变目标含义)和包括丙烯酸,低级烷基取代的丙烯酸例如C 1 -C 5 取代的 丙烯酸,例如甲基丙烯酸、乙基丙烯酸等和这样的丙烯酸的衍生物, 例如它们的C 1 -C 5 烷基酯,例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等,除非 另有明确指示。术语“(甲基)丙烯酸”或者“(甲基)丙烯酸酯”目的是覆 盖所示材料的丙烯酸/丙烯酸酯和甲基丙烯酸/甲基丙烯酸酯形式二 者,例如(甲基)丙烯酸单体。
作为与固化的或者可固化组合物相关联使用的,术语“固化”、“固 化的”或者类似术语,例如一些特定描述中的“固化的组合物”目的是表 示至少一部分的可聚合和/或可交联的组分(其形成了能固化的组合物) 是至少部分聚合的和/或交联的。在一种非限定性实施方案中,交联度 可以是完全交联的5%-100%。在一种可选择的非限定性实施方案中, 交联度可以是完全交联的30%-95%,例如35%-95%或50-95%或 50%-85%。交联度可以是前述值的任意组合,包括所述值。
作为与未拉伸的交联多羟基聚合物相关使用的,术语“膜”表示和 包括可以被称作膜或者涂层的层。未拉伸的交联多羟基聚合物的涂层 或者膜的厚度处于说明书所规定的厚度范围内。该涂层或膜在此也称 作涂层/膜。
术语“在…之上”、“附加于”、“固定于”、“结合于”、“粘附于”或 类似意思的术语表示主题的涂层、膜或层直接连接于(成层于和直接接 触于)物体表面上,或者通过一种或多种其他涂层、膜或层(其成层于 和直接接触于物体表面)间接连接到物体表面上。
术语“眼科”指的是与眼睛和视力有关的元件和制品,例如但不限 于用于眼睛的透镜,例如校正的和非校正的透镜,和放大镜。
作为例如与用于光致变色制品的基底一起使用的,术语“硬质”表 示所规定的项目是自支持性的。
术语“光学”、“光学透明”或者类似意思的术语表示所述材料例如 基底、膜、涂层等表现出至少4%的透光值(透过入射光)和表现出小于 1%的浊度值,例如当在550nm通过例如Haze Gard Plus Instrument 测量时,小于0.5%的浊度值。
术语“偏振性材料”表示这样的材料,其对透射光的两个正交平面 偏振分量之一的吸收更强于对另一分量的吸收。非限制性实施方案的 偏振材料包括碘、碘酸盐、二色性材料例如靛蓝、硫靛蓝、部花青、 茚满、偶氮和聚(偶氮)染料、苯醌、萘醌、蒽醌、(聚)蒽醌和蒽素嘧 啶酮。
作为例如与术语硬质基底一起使用的,术语“基底”表示这样的制 品,其具有至少一个能够容纳光致变色涂层例如光致变色聚合物涂层 的表面;即,该基底具有光致变色涂层可以施用到其上的表面。非限 定性实施方案的基底的表面形状可以包括圆形、平的、圆柱形、球形、 平坦的、基本平坦的、平凹的和/或平凸的、曲面的形状,包括但不限 于凸面和/或凹面,如用于眼科透镜的不同基准曲线所示例的。
作为与基底、膜、材料和/或涂层一起使用的,术语“透明的”表 示所述基底、涂层、膜和/或材料具有透光性能,而没有可感知的散射 性,这样能够清楚的看见位于后面的物体。
本发明的能固化的组合物包含光致变色量的至少一种光致变色 材料。光致变色材料例如染料/化合物或含有这样的染料/化合物的组 合物(其能够用于该光致变色组合物)是无机和/或有机光致变色化合 物和/或含有这样的有机光致变色化合物的物质,其是本领域技术人员 目前已知的或者其是以后发现的。具体的光致变色材料例如所选择的 化合物将取决于该光致变色组合物的最终应用和该应用所期望的颜色 或色调。当两种或多种光致变色化合物组合使用时,它们通常选择来 彼此补充,来产生期望的颜色或色调。
无机光致变色材料典型的包含卤化银、卤化镉和/或卤化铜的微 晶。通常,该卤化物材料是氯化物和溴化物。其他无机光致变色材料 可以通过将铕(II)和/或铈(III)加入到矿物玻璃例如苏打-二氧化硅 玻璃中来制备。
能够用于该光致变色聚合物组合物中的有机光致变色化合物非 限定性的例子包括苯并吡喃、萘并吡喃例如萘并[1,2-b]吡喃、萘并 [2,1-b]吡喃、螺–9-芴[1,2-b]吡喃、菲并吡喃、喹诺吡喃和茚稠合的 萘并吡喃,例如US专利5645767第1栏第10行-第12栏第57行和 US专利5658501第1栏第64行-第13栏第36行所公开的那些,该公 开文献在此引入作为参考。能够使用的有机光致变色化合物另外的非 限定性例子包括噁嗪例如苯并噁嗪、吩噁嗪和螺(二氢吲哚)吡啶并苯 并噁嗪。能够使用的光致变色物质非限定性的例子是光致变色金属双 硫腙盐例如双硫腙汞;俘精酸酐和俘精酰亚胺(fulgimides),例如3- 呋喃基和3-噻吩基俘精酸酐和俘精酰亚胺,其描述在US专利4931220 的第20栏第5行-第21栏第38行,该公开文献的内容在此引入作为 参考;二芳基乙烯,其描述在US专利申请2003/0174560的第 [0025]-[0086]段中,该公开文献在此引入作为参考;和任意前述光致 变色材料/化合物的混合物。
有机光致变色化合物、可聚合光致变色化合物和补足的光致变色 化合物另外的非限定性例子描述在下面的US专利中:
5166345第3栏第36行-第14栏第3行;
5236958第1栏第45行-第6栏第65行;
5252742第1栏第45行-第6栏第65行;
5359085第5栏第25行-第19栏第55行;
5488119第1栏第29行-第7栏第65行;
5821287第3栏第5行-第11栏第39行;
6113814第2栏第23行-第23栏第29行;
6153126第2栏第18-第8栏第60行;
6296785第2栏第47行-第31栏第5行;
6348604第3栏第26行-第17栏第15行;和
6353102第1栏第62行-第11栏第64行,
该公开文献在此引入作为参考。
根据期望,该光致变色组合物可以包含一种光致变色化合物或者 两种或多种光致变色化合物的混合物。光致变色化合物的混合物可以 用于获得某些活性颜色,例如近中性灰色或近中性棕色。参见例如US 专利5645767第12栏第66行-第13栏第19行,其描述了定义近中性 灰色和棕色的参数。这样的公开文献在此引入作为参考。
此处所述光致变色材料可以通过加入到组合物中和/或通过在将 它加入到能固化的组合物中之前将它溶解在溶剂中,来混入到该能固 化的组合物中。
光致变色材料在组合物中的存在量是这样的量,当固化的组合物 曝露于紫外(UV)线例如光致变色量时,其足以表现出光密度期望的变 化(ΔOD)。典型的,通过活化,将足够的量用于产生裸眼能够辨别的 光致变色效应。通常,这样的量可以描述为光致变色量。所用的具体 量经常取决于通过其辐射所期望的颜色强度和取决于用于混入该光致 变色材料的方法。混入的光致变色材料越多,高到某个限度的颜色强 度越大。
典型的,用于该光致变色组合物中的活化光致变色材料的量可以 是0.5-40.0重量%,基于用于产生该组合物的树脂的总重量。所用的 光致变色材料的相对量可以变化,并且将部分的取决于活化形式的光 致变色化合物的颜色的相对强度、所期望的最终颜色和该光致变色材 料在聚合物组合物中的溶解性或者分散性。在某些实施方案中,活性 光致变色材料在光致变色组合物中的浓度可以是1.0-30重量%,例如 3-20重量%或3-10重量%(基于组合物中树脂固体的总重量)。组合物 中光致变色材料的量可以是这些值之间的任意组合,包括所述值。
本发明的能固化的组合物进一步包含聚合物多元醇,典型的是二 醇,其具有沿着它的主链的碳酸酯基团。该组合物可以包含单个这样 的聚合物多元醇或不同的聚合物多元醇(具有沿着它们的主链的碳酸 酯基团)的混合物。其他连接例如酯、酰胺、醚、氨基甲酸酯等也可以 沿着该聚合物主链发生,其的例子描述如下。该聚合物多元醇的数均 分子量通常大于5000g/mol。典型的该聚合物多元醇的数均分子量大 于5000g/mol,通常大于6000g/mol或者大于8000g/mol。同样,该 聚合物多元醇典型的数均分子量是20000g/mol或者更小,例如 10000g/mol或更小,8000g/mol或更小,或者7000g/mol或更小。该 聚合物多元醇的数均分子量可以是所述范围的任意一个。在本发明中, 在说明书和权利要求书中,该聚合物多元醇的数均分子重量是使用凝 胶渗透色谱法(“GPS”),使用聚苯乙烯标准物来测量的。在某些实施方 案中,该聚合物多元醇还具有小于或等于2.0,或者1.50,经常小于 或等于1.40,或者小于或等于1.30的多分散度指数。当该聚合物多 元醇是不具有沿着聚合物主链的其他官能连接的聚碳酸酯二醇时,小 于1.5的多分散度指数是特别有用的。
合适的聚碳酸酯官能二醇可以例如通过从具有高多分散度指数 的聚碳酸酯官能二醇的混合物中分离较高分子量的聚碳酸酯官能二醇 来获得。在本发明的某些实施方案中,该聚碳酸酯官能二醇是通过从 下面的市售脂肪族聚碳酸酯二醇的混合物中分离较高分子量的聚碳酸 酯官能二醇来获得的:来自Stahl USA的PC-1122,来自Ube Chemical 的ETERACOLLTM PH-200D、PH-200和UH-200all,来自AsahiKASEI的 DURANOLTM T5652,或者来自Enichem的RAVECARBTM107。该聚碳酸酯 官能二醇是如下来净化的:用甲醇或者其他合适的溶剂清洗该混合物, 并且除去低分子量部分,直到其余样品的多分散度指数小于或者等于 1.50。
如上所述,除了碳酸酯基团之外,该聚合物多元醇可以包含氨基 甲酸酯连接或者氨基甲酸酯连接的嵌段。这些嵌段共聚物可以描述为 ABA多元醇,这里A代表聚碳酸酯嵌段,和B是氨基甲酸酯嵌段。为 了生产这样的嵌段多元醇,可以将二醇(X)例如1,6-己二醇或TONE 0201(一种聚己内酯二醇,获自Union Carbide)与过量的异氰酸酯(Y) 例如2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯反应,来形成氨基甲酸酯嵌 段,其是异氰酸酯官能的。例如2mol的二醇(X)与3mol的二异氰酸酯 (Y)的反应产物可以描述为Y-X-Y-X-Y嵌段。将该二醇和二异氰酸酯反 应,直到NCO当量恒定为止。
最终的ABA嵌段多元醇因此是通过加入摩尔过量(相对于B嵌段) 的聚碳酸酯二醇(A)来形成的。例如当2mol的聚碳酸酯二醇加入到 1mol的氨基甲酸酯嵌段(B)时,平均统计结构可以描述为ABA嵌段共 聚物。如果将3mol的聚碳酸酯二醇(A)与2mol的氨基甲酸酯嵌段(B) 反应,则平均统计结构可以描述为A-B-A-B-A嵌段共聚物。已经发现 将这样的氨基甲酸酯嵌段混入到含有多元醇的聚碳酸酯中改进了固化 的光学涂层的相容性稳固性曲线(降低的浊度),而不牺牲其他关键性 能例如褪色速度。
代表性的二醇(X)包括但不限于乙二醇,丙二醇,1,4-丁二醇, 1,6-己二醇,新戊二醇,二甘醇,甘油,1,4-环己烷二甲醇,2-乙基 -1,3-己二醇,聚四氢呋喃,乙氧基化双酚A,酯二醇204,三羟甲基 丙烷和季戊四醇。
代表性的二异氰酸酯(Y)包括但不限于六亚甲基二异氰酸酯 (HDI),2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯(TMDI),异佛尔酮二异氰酸 酯(IPDI),Desmodur W,四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯(TMXDI),二聚 二异氰酸酯(DDI)。
酯连接可以沿着该聚合物多元醇的主链加入。具有聚酯官能度的 聚碳酸酯的扩链可以使用路易斯酸催化剂(例如但不限于乙基己酸锡 (II),三乙基铝,三异丙氧化铝,二月桂酸二丁基锡 (IV)等)或胺催化剂(例如但不限于1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并 [1,2-a]-嘧啶),依靠开环聚合(ROP)来进行。扩大该聚碳酸酯的分子 量包括使用酯和氨基甲酸酯,通过在二月桂酸二丁基锡(IV)存在下, 将聚碳酸酯同时与内酯使用ROP反应和与游离异氰酸酯反应。
本发明的能固化的有机聚合物光致变色组合物进一步包含固化 剂或交联剂,其具有能够与聚合物多元醇上的羟基反应的反应性官能 团。合适的固化剂的例子包括氨基塑料,多异氰酸酯,多酸,酸酐及 其混合物。
有用的氨基塑料可以例如获自甲醛与胺或者酰胺的缩合反应。胺 或者酰胺的例子包括但不限于三聚氰胺、脲和苯并胍胺。
虽然获自醇和甲醛与三聚氰胺、脲或苯并胍胺的反应的缩合产物 是最普通的,但是也可以使用其他胺或者酰胺的缩合物。甲醛是最普 通使用的醛,但是其他醛例如乙醛、巴豆醛和苯甲醛也可以使用。
该氨基塑料可以包含亚氨基和羟甲基。在某些情况中,至少一部 分的羟甲基可以用醇醚化来改变固化响应。任何单羟基醇如甲醇、乙 醇、正丁醇、异丁醇和己醇可以用于此目的。合适的氨基塑料树脂的 例子在商品名CYMEL 下市售自Cytec Industries,Inc.和在商品名 RESIMENE下市售自Solutia,Inc.。特别有用的氨基塑料包括CYMEL 385(适于水基组合物)、CYMEL1158亚氨基官能化三聚氰胺甲醛缩合 物和CYMEL303。
适用的其他交联剂包括多异氰酸酯交联剂。作为此处使用的,术 语“多异氰酸酯”目的是包括封闭的(或者封端的)多异氰酸酯以及未封 闭的多异氰酸酯。该多异氰酸酯可以是脂肪族的、芳族的或其混合物。 虽然经常使用高级多异氰酸酯例如二异氰酸酯的异氰脲酸酯,但是也 可以使用二异氰酸酯。异氰酸酯预聚物例如多异氰酸酯与多元醇的反 应产物也可以使用。可以使用多异氰酸酯交联剂的混合物。
用作交联剂的多异氰酸酯可以由多种含异氰酸酯的材料来制备。 合适的多异氰酸酯的例子包括由下面的二异氰酸酯制备的三聚体:甲 苯二异氰酸酯,4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯),异佛尔酮二异氰 酸酯,2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯的异构体混合物, 1,6-六亚甲基二异氰酸酯,四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯和4,4'-二 苯基亚甲基二异氰酸酯。另外,还可以使用不同的多元醇例如聚酯多 元醇的封闭的多异氰酸酯预聚物。
异氰酸酯基团可以根据期望是封端的或者未封端的。如果该多异 氰酸酯待封闭或封端的,则本领域技术人员已知的任何合适的脂肪族、 脂环族或者芳族烷基单醇或者酚化合物可以用作多异氰酸酯的封端 剂。合适的封闭剂的例子包括在高温将解封的那些材料,例如低级脂 肪族醇(包括甲醇、乙醇和正丁醇);脂环族醇例如环己醇;芳族-烷基 醇例如苯基甲醇和甲基苯基甲醇;和酚化合物例如酚本身和取代的酚, 其中该取代基不影响涂层性能,例如甲酚和硝基酚。二醇醚也可以用 作封端剂。合适的二醇醚包括乙二醇丁醚、二甘醇丁醚、乙二醇甲醚 和丙二醇甲醚。其他合适的封端剂包括肟例如甲乙酮肟,丙酮肟和环 己酮肟,内酰胺例如ζ-己内酰胺,吡唑例如二甲基吡唑和胺例如二丁 基胺。
合适的多羧酸的例子包括己二酸、琥珀酸、癸二酸、壬二酸和十 二烷二酸。其他合适的多酸交联剂包括含酸基团的丙烯酸聚合物,其 是由含有至少一个羧酸基团的烯属不饱和单体与没有羧酸基团的至少 一种烯属不饱和单体来制备的。这样的酸官能丙烯酸聚合物的酸值可 以是30-150。含酸官能团的聚酯也可以使用。低分子量聚酯和半酸酯 可以使用,其基于脂肪族多元醇与脂肪族和/或芳族多羧酸或者酸酐的 缩合。合适的脂肪族多元醇的例子包括乙二醇,丙二醇,丁二醇,1,6- 己二醇,三羟甲基丙烷,二-三羟甲基丙烷,新戊二醇,1,4-环己烷二 甲醇,季戊四醇等。该多羧酸和酸酐可以包括对苯二酸、间苯二酸、 邻苯二酸、邻苯二酸酐、四氢邻苯二酸、四氢邻苯二酸酐、六氢邻苯 二酸酐、甲基六氢邻苯二酸酐、氯菌酸酐等。还可以使用酸和/或酸酐 的混合物。上述多酸交联剂进一步详细描述在US专利No.4681811的 第6栏第45行-第9栏第54行,其在此引入作为参考。
本发明的能固化的组合物可以包含除了上述聚合物多元醇之外 的不同形式的其他树脂。除了上述聚碳酸酯多元醇之外,能够用于本 发明的有机多元醇的例子包括(a)聚酯多元醇;(b)聚醚多元醇;(c) 含酰胺的多元醇;(d)聚丙烯酸多元醇;(e)环氧多元醇;(f)多羟基聚 乙烯醇;(g)氨基甲酸酯多元醇;和(h)这样的多元醇的混合物。在一 种预期的实施方案中,该另外的有机多元醇选自聚丙烯酸多元醇、聚 醚多元醇、聚酯多元醇、氨基甲酸酯多元醇及其混合物。在另一种预 期的实施方案,该另外的有机多元醇选自聚丙烯酸多元醇、聚醚多元 醇、氨基甲酸酯多元醇及其混合物。
聚酯多元醇通常是已知的,并且数均分子量可以是500-10000。 它们是如下来制备的:通过常规的技术,使用本领域已知的低分子量 二醇、三醇和多羟基醇(包括但不限于前述用于制备聚碳酸酯多元醇的 多元醇(任选的与单羟基醇相组合))与多羧酸。合适的多羧酸的例子包 括:邻苯二酸、间苯二酸、对苯二酸、偏苯三酸、四氢邻苯二酸、己 二酸、琥珀酸、戊二酸、富马酸及其混合物。在它们存在之处,还可 以使用上述酸的酸酐,并且包括在术语“多羧酸”中。另外,某些材料(其 以类似酸形成聚酯多元醇的方式反应)也是有用的。这样的材料包括内 酯例如己内酯、丙内酯和丁内酯,和羟基酸例如羟基己酸和二羟甲基 丙酸。如果使用三醇或多羟基醇,则单羧酸例如乙酸和/或苯甲酸可以 用于制备聚酯多元醇,和对于一些目的来说,这样的聚酯多元醇会是 令人期望的。此外,聚酯多元醇在此被理解为包括用脂肪酸或者脂肪 酸的甘油酯油改性的聚酯多元醇(即,含有这样的改性的常规的醇酸多 元醇)。另外一种能够使用的聚酯多元醇是通过将环氧烷例如环氧乙 烷、环氧丙烷等、和特癸酸(versatic acid)的缩水甘油基酯与甲基丙 烯酸反应来形成相应的酯而制备的多元醇。
聚醚多元醇通常是已知的,并且数均分子量可以是 500-10000g/mol。聚醚多元醇的例子包括不同的聚氧亚烷基多元醇, 聚烷氧基化的多元醇(分子量大于500g/mol)例如聚(氧四亚甲基)二 醇,及其混合物。该聚氧亚烷基多元醇可以根据公知的方法,通过使 用酸或碱催化加成来缩合环氧烷,或者环氧烷的混合物,与多羟基引 发剂或者多羟基引发剂的混合物例如乙二醇、丙二醇、甘油、山梨糖 醇等来制备。示例性的环氧烷包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、 环氧戊烷、环氧芳烷例如氧化苯乙烯、和卤代环氧烷例如三氯环氧丁 烷等。更优选的环氧烷包括环氧丙烷和环氧乙烷或者其混合物,使用 无规的或者逐步的氧烷基化。这样的聚氧亚烷基多元醇的例子包括聚 氧乙烯,即,聚乙二醇,聚氧丙烯,即,聚丙二醇。这样的用作软链 节的聚氧亚烷基多元醇的分子量优选等于或者大于600,更优选等于 或者大于725,和最优选等于或者大于1000g/mol。
聚烷氧基化的多元醇(数均分子量大于500g/mol)可以用下面的 通式I来表示:
H-(O-CHR 1 -CH 2 ) m -O-A-O-(CH 2 -CHR 2 -O) n -H
其中m和n每个是正数,m和n之和是5-70,R 1 和R 2 每个是氢、 甲基或乙基,优选氢或者甲基,和A是二价连接基团,选自直链或支 化链亚烷基(通常含有1-8个碳原子)、亚苯基、C 1 -C 9 烷基取代的亚苯 基和下面的通式II所示的基团:
其中R 3 和R 4 每个是C 1 -C 4 烷基、氯或溴,p和q每个是0-4的整 数,
代表二价苯基或者二价环己烷基团,和当是二价 苯基团时,D是O、S、--S(O 2 )--、--C(O)--、--CH 2 --、--CH=CH--、 --C(CH 3 ) 2 --、--C(CH 3 )(C 6 H 5 )—或者
是二价环己烷基团时,D是O、S、--CH 2 --或 --C(CH 3 ) 2 —。在一种预期的实施方案中,该聚烷氧基化的多元醇是这 样的,其中m和n之和是15-40,例如25-35,R 1 和R 2 每个是氢,和A 是根据通式II的二价连接基团,其中
代表二价苯基团,p和q每个是0,和D是--C(CH 3 ) 2 --。 在另一种预期的实施方案中,m和n之和是25-35,例如30。这样的 材料可以通过本领域公知的方法来制备。一种这样的通常使用的方法 包括将多元醇例如4,4'-异亚丙基二酚与含环氧的物质例如环氧乙 烷、环氧丙烷、α-环氧丁烷或β-环氧丁烷反应,来形成通常被称作具 有羟基官能度的乙氧基化的、丙氧基化的或丁氧基化的多元醇。
可用于制备聚烷氧基化的多元醇的多元醇的例子包括用于制备 此处所述聚碳酸酯多元醇的多元醇,例如三羟甲基丙烷和季戊四醇; 亚苯基二醇例如邻、间和对二羟基苯;烷基取代的亚苯基二醇例如 2,6-二羟基甲苯、3-甲基儿茶酚、4-甲基儿茶酚、2-羟基苄基醇、3- 羟基苄基醇和4-羟基苄基醇;二羟基联苯例如4,4'-二羟基联苯和2, 2'-二羟基联苯;双酚例如4,4'-异亚丙基二酚;4,4'-氧双酚;4,4'- 二羟基苯某酮;4,4'-硫双酚;酚酞;双(4-羟基苯基)甲烷;4,4'-(1,2- 亚乙烯基)双酚;和4,4'-磺酰基双酚;卤代双酚例如4,4'-异亚丙基 双(2,6-二溴酚),4,4'-异亚丙基双(2,6-二氯酚)和4,4'-异亚丙基双 (2,3,5,6-四氯酚);和双环己醇,其可以通过相应的双酚例如4,4'- 异亚丙基-异环己醇的氢化来制备;4,4'-氧双环己醇;4,4'-硫双环己 醇;和双(4-羟基环己醇)甲烷。
该聚醚多元醇还包括通常已知的聚(氧四亚甲基)二醇,其是通过 在路易斯酸催化剂例如三氟化硼,氯化锡(IV)和磺酰氯存在下聚合四 氢呋喃来制备的。用作软链节的聚(氧四亚甲基)二醇的数均分子量是 500-5000。在一种预期的实施方案中,数均分子量是650-2900,在另 一种中是1000-2000,和在另一预期的实施方案中是1000g/mol。
在一种预期的实施方案中,该聚醚多元醇选自聚氧亚烷基多元 醇、聚烷氧基化的多元醇、聚(氧四亚甲基)二醇及其混合物。在另一 预期的实施方案中,该聚醚多元醇选自数均分子量等于或大于 1000g/mol的聚氧亚烷基多元醇、具有大约30个乙氧基的乙氧基化的 双酚A、数均分子量为1000g/mol的聚(氧四亚甲基)二醇及其混合物。
含酰胺的多元醇通常是已知的,并且典型的是通过二酸或内酯和 多元醇(用于制备此处所述聚碳酸酯多元醇)与下文所述二胺或者氨基 醇反应来制备。例如含酰胺的多元醇可以通过新戊二醇、己二酸和六 亚甲基二胺的反应来制备。该含酰胺的多元醇也可以通过例如羧酸酯、 羧酸或者内酯与氨基醇的氨解反应来制备。合适的二胺和氨基醇的例 子包括六亚甲基二胺、乙烯二胺、亚苯基二胺、单乙醇胺、二乙醇胺、 异佛尔酮二胺等。
环氧多元醇通常是已知的,并且可以例如通过多酚的缩水甘油基 醚例如2,2-双(4-羟基苯基)丙烷的二缩水甘油基醚与多酚例如2, 2-双(4-羟基苯基)丙烷的反应来制备。变化分子量和平均羟基官能度 的环氧多元醇可以根据所用的起始材料的比例来制备。
多羟基聚乙烯醇通常是已知的,并且可以例如如下来制备:通过 在合适的引发剂存在下聚合乙酸乙烯酯,随后水解至少一部分的乙酸 酯部分。在该水解方法中,形成了羟基,其直接连接到聚合物主链上。 除了均聚物之外,乙酸乙烯酯和单体例如氯乙烯的共聚物可以制备和 以类似方式水解,来形成多羟基聚乙烯醇-聚氯乙烯共聚物。
氨基甲酸酯多元醇通常是已知的,并且可以例如通过多异氰酸酯 与过量的有机多元醇反应来形成羟基官能产物而制备。用于制备氨基 甲酸酯多元醇的多异氰酸酯的例子包括此处所述那些。用于制备氨基 甲酸酯多元醇的有机多元醇的例子包括此处所述其他多元醇,例如低 分子量多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、含酰胺的多元醇、聚丙烯 酸多元醇、环氧多元醇、多羟基聚乙烯醇及其混合物。
聚丙烯酸多元醇通常是已知的,并且可以通过下文所述单体的自 由基加聚技术来制备。在一种预期的实施方案中,聚丙烯酸多元醇的 重均分子量是500-50000和羟值是20-270。在另一预期的实施方案中, 该重均分子量是1000-30000和羟值是80-250。在仍然的另一预期的 实施方案中,该重均分子量是3000-20000和羟值是100-225。
聚丙烯酸多元醇包括但不限于丙烯酸和甲基丙烯酸已知的羟基 官能加成聚合物和共聚物;它们的酯衍生物包括但不限于它们的羟基 官能酯衍生物。打算用于制备羟基官能的加聚物的羟基官能的烯属不 饱和单体的例子包括(甲基)丙烯酸羟乙基酯,即丙烯酸羟乙基酯和甲 基丙烯酸羟乙基酯,(甲基)丙烯酸羟丙基酯,(甲基)丙烯酸羟丁基酯, 丙烯酸羟甲基乙基酯,丙烯酸羟甲基丙基酯及其混合物。
在一种预期的实施方案中,该聚丙烯酸多元醇是羟基官能烯属不 饱和(甲基)丙烯酸单体和选自下面的其他烯属不饱和单体的共聚物: 乙烯基芳族单体例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯和乙烯基 甲苯;乙烯基脂肪族单体例如乙烯、丙烯和1,3-丁二烯;(甲基)丙烯 酰胺;(甲基)丙烯腈;乙烯基和卤乙烯例如氯乙烯和偏氯乙烯;乙烯 基酯例如乙酸乙烯酯;丙烯酸和甲基丙烯酸的烷基酯,即(甲基)丙烯 酸的烷基酯(烷基中具有1-17个碳原子),包括(甲基)丙烯酸甲基酯, (甲基)丙烯酸乙基酯,(甲基)丙烯酸丁基酯,(甲基)丙烯酸环己基酯, (甲基)丙烯酸2-乙基己基酯,(甲基)丙烯酸异冰片基酯和(甲基)丙烯 酸月桂基酯;环氧官能烯属不饱和单体例如(甲基)丙烯酸缩水甘油基 酯;羧基官能烯属不饱和单体例如丙烯酸和甲基丙烯酸和这样的烯属 不饱和单体的混合物。
该羟基官能烯属不饱和(甲基)丙烯酸单体可以占至多95重量%的 聚丙烯酸多元醇共聚物。在一种预期的实施方案中,它包含至多70 重量%,和在另一种中,该羟基官能烯属不饱和(甲基)丙烯酸单体占总 共聚物的至多45重量%。
此处所述聚丙烯酸多元醇可以通过自由基引发的单体加聚和通 过有机溶液聚合技术来制备。单体典型的溶解在有机溶剂或溶剂混合 物中,包括酮类例如甲乙酮,酯类例如醋酸丁酯,丙二醇的乙酸酯, 和乙酸己酯,醇类例如乙醇和丁醇,醚类例如丙二醇单丙醚和3-乙氧 化丙酸乙酯,和芳族溶剂例如二甲苯和SOLVESSO100,一种高沸点烃 溶剂的混合物,获自Exxon Chemical Co。首先将溶剂加热到回流, 通常70-160℃,然后在大约1-7小时的期间将单体或者单体混合物和 自由基引发剂缓慢加入到该回流的溶剂。过快加入单体会导致差的转 化率或者高的和快的放热反应,其是安全有害的。合适的自由基引发 剂包括过氧化乙酸叔戊基酯,过氧化乙酸二叔戊基酯和2,2'-偶氮双 (2-甲基丁腈)。该自由基引发剂典型的在反应混合物中以1-10%存在, 基于单体的总重量。通过这里所述程序制备的聚合物是非凝胶化的, 并且优选的分子量是500-50000g/mol。
本发明的能固化的组合物可以包含另外的常规辅助剂,其为组合 物赋予了期望的性能或特性,或者其是用于将光致变色聚合物组合物 作为基底表面上的涂层来施涂和固化的方法所需要的,或者其提高了 涂层的性能。这样的辅助剂包括但不限于紫外光吸收剂、光稳定剂如 受阻胺光稳定剂(HALS)、非对称二芳基草酰胺(草酰替苯胺)化合物、 纯态氧猝灭剂如具有有机配体的镍离子络合物、抗氧化剂如多酚抗氧 化剂、热稳定剂、流变控制剂、流平剂如表面活性剂、自由基猝灭剂、 着色剂如染料、和附着力促进剂如三烷氧基硅烷,例如具有1-4个碳 原子的烷氧基的硅烷,包括γ-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷,γ-氨基 丙基三甲氧基硅烷,3,4-环氧环己基乙基三甲氧基硅烷,二甲基二乙 氧基硅烷,氨基乙基三甲氧基硅烷,和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲 基丙烯酸酯。可以使用这样的光致变色/涂层性能增强辅助材料的混合 物。催化剂也可以根据需要混入到该组合物中,来影响固化所需的化 学反应。
在本发明的组合物固化后和这里所述光致变色性能测试后,该组 合物表现出T 1/2 褪色速率小于200秒或小于100秒,经常小于90秒, 这使得它特别适于作为光致变色制品例如透镜中的光致变色涂层。在 本发明中,使用光具座通过响应测试来测量所测量的T1/2褪色速率, 如下面马上要描述的和在此下的实施例中更具体的描述。
光致变色性能测试:
光致变色性能测试是在用于测量光致变色(“BMP”)的由法国 Essilor,Ltd.制造的Bench上进行的。该光具座在测试过程中保持在 73.4℉(23℃)的恒温。
在光具座上测试之前,将每个涂覆的透镜以大约14cm的距离曝 露于365nm紫外光大约10分钟,来活化该光致变色材料。在透镜上的 UVA(315-380nm)照度是用Model Li-1800分光辐射度计来测 量的。典型的照度水平是大约22.2瓦/平方米。将透镜以大约36cm 的距离置于500瓦高亮度卤素灯下大约10分钟来漂白(失活)该光致变 色材料。透镜的照明度是用分光辐射度计来测量的。典型的照 明度水平是大约21.9Klux。在光具座上测试之前,将该透镜在黑暗环 境和室温(70-75°F,或者21-24°C)保持至少1小时。在光具座测量之 前,测量了透镜在390nm的紫外线吸收率。
该BMP光具座安装有两个彼此垂直的150瓦Model #66057氙弧灯。来自灯1的光路导过3mm KG-2带通滤波器 和适当的中密度滤波器,其贡献了所需的UV和部分可见光照度水平。 来自灯2的光路导过3mm KG-2带通滤波器、短带 400nm切断滤波器和适当的中密度滤波器,来提供补足的可见光照明 度。处于与每个灯45°的2英寸x2英寸的50%圆点分束器来混合两个 光束。中密度滤波器和氙弧灯电压控制的组合被用于调整照度的强度。 私人所有的软件(即,BMPSoft版本2.1e)被用于BMP上来控制定时、 照度、空气室和样品温度、溅射、滤波选择和响应测量。使用具有用 于光传递通过透镜的光缆的分光光度计Model MCS501来测量 响应和颜色。收集每个透镜上的白昼视觉响应测量。
将光具座的功率输出(即,在测试过程中透镜典型的所曝露到的 光的剂量)调整为6.7瓦/平方米(W/m2)UVA,积分自315-380nm和 50Klux照明度,积分自380-780nm。这个功率设定点的测量是使用照 度探针和校正的分光光度计来进行的。透镜样品室安装有石英 窗和自定中心样品架。样品室的温度典型的控制在23°C。整个软件具 有改进的Facis,Model FX-10,环境模拟器。样品动态光致变色响 应的测量和颜色测量是使用相同的Zeiss分光光度计来进行的,具有 用于将光从钨卤素灯传递穿过样品的光纤电缆。来自该光纤电缆的校 正监控光束在穿过样品和导入到连接到该分光光度计的接收性光纤电 缆组件中的同时,保持与测试样品垂直。样品在样品室中精确的放置 点是活性氙弧光束和监控光束交叉来形成两个同心圆的光之处。氙弧 光束在样品放置点的入射角度是从垂线大约30°。
从未活化的或者漂白的状态到活化的或者着色的状态的光密度 变化(ΔOD)方面的响应测量是如下来测量的:建立初始未活化的透明 度,打开氙灯的挡板和测量在所选择的时间间隔通过活化的透明度。 光密度的变化是根据式:ΔOD=log(10)(%Tb/%Ta)来确定的,这里%Tb 是漂白态的透明度%,%Ta是活化态的透明度%。光密度测量基于光象 光密度,其中饱和时的ΔOD是在活化15分钟后,并且褪色半衰期 (“T1/2”)值是在除去活化光源之后,在73.4°F(23°C),涂层中活化形 式的光致变色材料的ΔOD达到15分钟的ΔOD的一半时的时间间隔 (秒)。
本发明进一步提供一种光致变色制品,其包含硬质基底和施涂到 该基底表面上的光致变色有机聚合物涂层。该光致变色有机聚合物涂 层包含上述组合物。
光致变色聚合物涂层施涂到其上的硬质基底可以是变化的,并且 包括任何硬质基底,其具有至少一个表面来支撑光致变色聚合物涂层。 这样的硬质基底的例子包括:纸张、玻璃、陶瓷、木石、纺织品、金 属和有机聚合物材料。具体所用的基底将取决于具体的应用,其需要 硬质基底和光致变色涂层二者,该光致变色涂层进一步需要保护邻近 该光致变色涂层的交联的聚羟基聚合物膜。该硬质基底也可以是透明 的。
能够用于制备本发明的光致变色制品的聚合物基底包括有机聚 合物材料和无机材料例如玻璃。作为此处使用的,术语“玻璃”被定义 为是聚合物物质例如聚合物硅酸盐。玻璃基底可以是适于目标目的任 何类型。在一种非限定性实施方案中,该玻璃基底是透明的、低着色 的、透明的玻璃如公知的二氧化硅类型玻璃,特别是苏打-石灰-二氧 化硅玻璃。不同的二氧化硅玻璃的性质和组成是本领域公知的。该玻 璃可以通过热或者化学退火来强化。
能够用于制备本发明的光致变色制品的聚合物有机基底是任何 目前已知的(或者以后发现的)塑料材料,其是与叠置于例如施涂到基 底表面上的光致变色聚合物涂层化学相容的。在一种非限定性实施方 案中,该聚合物有机基底可以由公认的用作光学基底的聚合物来制备, 例如有机光学树脂,其被用于制备光学透明流延物,用于光学应用例 如眼科透镜。
能够用作聚合物有机基底的有机基底的例子是聚合物,例如均聚 物、低聚物和共聚物,包括但不限于由单体和单体混合物制备的基底, 例如公开在US专利5658501第15栏第28行-第16栏第17行的那些, 该公开文献在此引入作为参考。这样的有机基底可以是热塑性或者热 固性聚合物基底,例如透明的,更具体的,光学透明的基底,具有理 想的处于1.48-1.74,例如1.50-1.67的折射率。
这样公开的单体和聚合物非限定性的例子包括:多元醇(碳酸烯 丙基酯)单体,例如烯丙基二甘醇碳酸酯例如二甘醇双(烯丙基碳酸 酯),该单体是在商品名CR-39下由PPG Industries,Inc销售的;聚 脲-聚氨基甲酸酯(聚脲氨基甲酸酯)聚合物,例如描述在US专利 6127505中的聚合物(第2栏第26行-第6栏第5行,该公开文献在此 引入作为参考),这样的聚脲-氨基甲酸酯聚合物是例如通过聚氨基甲 酸酯预聚物和二胺固化剂反应来制备的,用于一种这样的聚合物的组 合物是在商品名TRIVEX下由PPG Industries,Inc销售的;丙烯酸官 能单体例如但不限于多元醇(甲基)丙烯酰端接的碳酸酯单体;二甘醇 二甲基丙烯酸酯单体;乙氧基化的酚甲基丙烯酸酯单体;二异丙烯基 苯单体;乙氧基化的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体;乙二醇双甲基丙 烯酸酯单体;聚(乙二醇)双甲基丙烯酸酯单体;氨基甲酸酯丙烯酸酯 单体;聚(乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯);聚(乙酸乙烯酯);聚(乙烯 基醇);聚(氯乙烯);聚(偏氯乙烯);聚乙烯;聚丙烯;聚氨基甲酸酯; 聚硫氨基甲酸酯,其包括但不限于材料例如来自Mitsui Chemicals 的MR-6、MR-7和MR-8光学树脂;热塑性聚碳酸酯,例如来自于双酚 A和光气的碳酸酯连接的树脂,一种这样的材料是在商品名LEXAN下 销售的;聚酯,例如在商品名MYLAR下销售的材料;聚(对苯二甲酸乙 二醇酯);聚乙烯丁缩醛;聚(甲基丙烯酸甲酯),例如在商品名 PLEXIGLAS下销售的材料;和通过多官能异氰酸酯和/或异硫氰酸酯与 多硫醇或者聚环硫单体反应制备的聚合物,其是均聚的或者与多硫醇、 多异氰酸酯、多异硫氰酸酯和任选的烯属不饱和单体或者卤代芳烃(包 含乙烯基单体)共聚的/或三元共聚的。同样预期的是这样的单体的共 聚物和所述聚合物和共聚物与其他聚合物的共混物,例如来形成互穿 网络产物。该有机聚合物基底应当是与叠置于例如施涂到基底表面上 的光致变色聚合物涂层化学相容的。对于光学应用来说,基底应当是 透明的。
经常的,该硬质基底是有机聚合物基底,选自折射率1.48-1.74 的热固性或者热塑性材料。表现出这样的性能的材料包括包含烯丙基 二甘醇碳酸酯单体、热塑性聚碳酸酯、聚脲氨基甲酸酯的能聚合组合 物或者包含多官能异氰酸酯和/或异硫氰酸酯与多硫醇或者据环硫单 体的反应产物的组合物。
用于制备本发明的光致变色制品的聚合物有机基底可以在它的 表面上具有保护性涂层例如耐磨涂层。例如,市售的热塑性聚碳酸酯 光学透镜典型的是带有已经施涂到它的表面上的耐磨涂层例如硬涂层 来销售的,因为该表面倾向于容易被刮擦、摩擦或磨损。这样的制品 的一种非限定性的例子是聚碳酸酯透镜(获自Gentex Optics),其是 具有已经施涂到聚碳酸酯表面上的硬涂层来销售的。作为本公开和权 利要求中所用的,术语“聚合物有机基底”(或者类似的术语)或者这样 的基底的“表面”目的是表示和包括该聚合物有机基底本身或者在该基 底上具有涂层例如保护性涂层和/或底漆层的基底。因此,当本公开或 者权利要求中提及将底漆或光致变色聚合物涂层施涂到基底表面上 时,这样的提及包括将这样的涂层施涂到该聚合物有机基底本身或者 施涂到基底表面上的涂层例如耐磨涂层上。因此,术语“基底”包括在 它的表面上具有涂层的基底。该涂层可以是任何合适的涂层(不同于光 致变色涂层)和但不限于耐磨涂层(硬涂层),例如任何保护性涂层或者 其他涂层,其为基底作为其一部分的制品提供了一种或多种另外的功 能性。
在将光致变色聚合物涂层施涂到待覆盖的基底表面之前,通常清 洁和处理该表面,来提高该光致变色涂层到基底上的附着性。清洁方 法的例子包括超声波清洗,用皂/清洁剂水溶液清洗(或者用皂和水清 洗),随后冲洗,和用有机溶剂的含水混合物(例如异丙醇/水或乙醇/ 水的50:50混合物)清洗。另外的处理的例子包括UV处理,活化气处 理例如用低温等离子体或电晕放电处理(使用惰性气体例如氩气或反 应性气体如氧气),和化学处理,其导致了基底表面的羟化,例如用碱 金属氢氧化物例如氢氧化钠或氢氧化钾水溶液来蚀刻所述表面,该溶 液也可以包含含氟表面活性剂。该碱金属氢氧化物溶液可以是稀释的 水溶液,例如5-40重量%的碱金属氢氧化物。该碱金属氢氧化物溶液 的浓度可以是10-15重量%例如12重量%。参见例如US专利3971872 第3栏第13-25行;US专利4904525第6栏第10-48行;和US专利 5104692第13栏第10-59行,其描述了聚合物有机材料的表面处理。 这样的公开文献在此引入作为参考。
在某些实施方案中,在施涂光致变色涂层之前,将底漆施涂到塑 料表面基底上。底漆可以通过用于施涂光致变色涂层的任何方法来施 涂到硬质基底上,例如喷涂、旋涂、铺展、帘涂、辊涂或浸涂;并且 可以施涂到清洁的和未处理的或者清洁的和处理的如化学处理的基底 表面上。底漆是本领域技术人员公知的。底漆的厚度可以是1到几个 单分子层。底漆的厚度可以是0.1-10微米,例如0.1-2或3微米。底 漆的厚度可以是前述值的任意组合,包括所述值。底漆的例子包括含 有有机官能化硅烷例如甲基丙烯氧丙基三甲氧基硅烷的涂层,和包含 这样的组合物的涂层,该组合物基本上没有有机硅氧烷和其包含具有 至少一个乙烯连接的有机酸酐和含异氰酸酯的材料。
典型的,施涂到硬质基底表面上的光致变色涂层的厚度将是至少 3微米。在可选择的非限定性实施方案中,该光致变色涂层的厚度是 至少5微米,例如至少10微米,例如20或30微米。通常,所施涂的 光致变色涂层的厚度不大于200微米,或不大于100微米,例如不大 于50微米,例如40微米。该光致变色涂层的厚度可以是这些值之间 的任意组合,包括所述值。例如该光致变色涂层的厚度可以是10-50 微米,例如20-40微米。所施涂的光致变色涂层优选没有化妆缺陷, 例如刮痕、坑、点、裂缝、内含物等。
在涂层用语中,术语“涂层”被认为是厚度不大于4密耳(大约100 微米)的层。但是,作为本说明书和权利要求中与光致变色涂层有关所 用的,术语“涂层”在此用于表示具有厚度处于上文所述厚度范围的涂 层。
此外,作为本说明书和权利要求中所用的,术语“聚合物基底的 表面”或类似术语例如光致变色聚合物涂层施涂到其上的表面,包括这 样的实施方案,在其中仅仅一部分的基底表面是涂覆的。因此,该光 致变色涂层(和进一步的,施涂到该光致变色涂层上的有机聚合物层) 可以覆盖基底的至少一个表面的仅仅一部分。
固化的光致变色聚合物涂层对于物理/机械处置来说是足够硬 的,而不会引起缺陷例如涂层上的刮痕。涂层或膜的硬度可以通过本 领域技术人员已知的测试来量化,例如Fischer微硬度、铅笔硬度或 Knoop硬度。
将该光致变色聚合物涂层组合物施涂到硬质基底表面上,然后用 本领域技术人员公知的方法来固化。这样的施涂方法包括公认的方法 旋涂、帘涂、浸涂、喷涂或用于制备覆层的方法。这样的方法描述在 US专利4873029中。
在光致变色聚合物涂层配料施涂到塑料基底表面上之后,将它在 室温或者通过施加热来固化。所用的具体固化条件将取决于塑料基底、 配料中的官能化组分和所用的催化剂类型。热固化可以包括从室温加 热到这样的温度,该温度低于塑料基底或者光致变色材料由于这样的 加热而破坏的温度。已经报告了至多200℃的温度。这样的固化条件 是本领域公知的。例如,典型的热固化循环包括在2-90分钟的时间将 所述配料从室温(22℃)加热到85-140℃。当该固化条件产生涂层(其 能够物理处置,但不是完全固化的)时,也可以使用另外的热后固化步 骤来完全固化该光致变色涂层。
本发明的光致变色制品可以具有施涂到光致变色聚合物涂层顶 上的另外的层。这样的层包括连接层、耐磨硬涂层、抗反射涂层等。 抗反射涂层的非限定性的例子描述在US专利6175450中和国际专利公 开WO00/33111中,该抗反射涂层的公开内容在此引入作为参考。
本发明的光致变色制品可以用于多种应用中。在可选择的非限定 性实施方案中,该光致变色制品可以设计用于透明的例如打算用于眼 科应用的光学塑料基底上,例如平的和视力校正透镜,太阳镜和风镜, 商用和家用窗户,汽车和飞机玻璃,头盔,透明膜等。此外,本发明 的光致变色制品可以与下面的一起使用:塑料膜和片,光学装置例如 光学开关,显示装置和存储器存储装置,例如US专利6589452中所述 那些,和安全元件,例如光学可读的数据介质,例如US专利申请 2002/0142248中所述那些,丝或者条形式的安全元件,如US专利 6474695中所述,和检定标记形式的安全元件,其可以置于制造商的 安全文件和制品上。
在本发明的某些实施方案中,耐磨涂层叠置例如重叠在另外的透 明的有机聚合物层上。在这样的实施方案中,如果在耐磨涂层施涂之 前不存在产物的明显物理处置,后热固化(如果使用)可以推迟,直到 耐磨涂层施涂之后。如果需要这样的深度处置,则在施涂耐磨涂层之 前,可以进行热后固化。
聚合物层的耐刮擦性可以通过本领域技术人员已知的常规的钢 丝绒刮擦测试来确定。这个测试通过非常细的钢丝绒测量了进行磨损 的表面的平均雾度增加。根据本发明的非限定性实施方案,提供耐刮 擦性的聚合物层的平均雾度增加可以小于20。在可选择的非限定性实 施方案中,提供耐刮擦性的聚合物层的平均雾度增加可以小于15,例 如小于10,例如小于8。Eberbach Steel Wool Abrasion Tester可 以用于确定表面耐刮擦性。Bayer Abrasion Tester也可以用于确定 表面耐磨性。
耐磨涂层(硬涂层)可以使用在光致变色涂层中所述相同的施涂 技术来叠置于例如施涂到透明的聚合物连接层上,例如旋涂。该耐磨 膜的厚度可以是0.5-10微米。
本发明更具体的在下面的实施例中描述,其目的仅仅是示例性 的,因为其中诸多的改变和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。
本发明进一步结合下面的实施例来描述,其被认为是示例性的而 非限制性的,并且在其中全部的份数是重量份的,并且全部的百分比 是重量百分比,基于组合物的总重量,除非另有指示。在第1部分中, 描述了聚碳酸酯多元醇A、B和C的制备。在第2部分中,描述了本发 明以及对比例的组合物和制品的制备。在第3部分中,描述了实施例 1-3和对比例1和2的微硬度和光致变色性能测试结果。
实施例
第1部分–制备聚碳酸酯多元醇
聚碳酸酯多元醇A(PP-A)是如下来制备的:向5L烧瓶中加入1000 克(g)的获自Enichem的107聚碳酸酯多元醇和2220g的甲 醇,并且施加氮气氛。将所形成的混合物搅拌和加热,直到达到61°C, 在该温度将它保持15分钟。将所形成的混合物转移到分液漏斗中,并 且在室温保持15分钟。在分离后,将底部层收集在5L烧瓶中。每次 使用1900g甲醇将该方法重复三次以上。将所收集的来自最终的底层 的甲醇通过蒸馏除去,产生590g的粘性液体。在所除去的材料中剩余 的甲醇的水平是0.16%和羟值是31.3mgKOH/g。通过凝胶渗透色谱法使 用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是6450g/mol和重均分子量是 8590g/mol。多分散度指数是1.33。
聚碳酸酯多元醇B(PP-B)是按照用于制备PP-A的程序来制备的, 除了使用1L烧瓶,250克(g)的获自UBE Americas Inc.的 PH200D聚碳酸酯多元醇和600mL的甲醇;将600mL的甲 醇用于三个另外的分离的每个中,并且所回收的产物的量是150g。该 产物的甲醇水平小于0.03%和羟值是30.3mgKOH/g。通过凝胶渗透色谱 法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是6560g/mol和重均分子 量是9760g/mol。多分散度指数是1.49。
聚碳酸酯多元醇C是按照用于制备PP-A的程序来制备的,除了 使用PH200D聚碳酸酯多元醇来代替107聚碳 酸酯多元醇,获得了605g的粘性液体,其甲醇含量是0.15%和羟值是 30.1mgKOH/g。通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均 分子量是6610g/mol和重均分子量是8690g/mol。多分散度指数是 1.32。
聚碳酸酯多元醇 D(PP-D)是如下来制备的: 步骤1-向2L烧瓶中加入PH200D聚碳酸酯多元醇 (400g)和乙腈(400mL),将所形成的混合物搅拌直到均匀;缓慢加入甲 醇(800mL),将该混合物搅拌30分钟;将该混合物转移到分液漏斗中, 并且在30分钟后收集大约550g的底层。
步骤2–将从步骤1所收集的材料加入到2L烧瓶中,该烧瓶中加 入有乙腈(350mL)和甲醇(600mL),将所形成的混合物搅拌30分钟,转 移到分液漏斗中,并且在30分钟后收集底层。
步骤3–用来自步骤2的收集材料来重复步骤2的程序,除了使用 200mL的乙腈和400mL的甲醇之外。
步骤4–用来自步骤3的收集材料重复步骤3的程序,并且在除去 溶剂后,回收65g的透明粘性材料作为期望的产物。通过凝胶渗透色 谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是10100g/mol和重均 分子量是12600g/mol。多分散度指数是1.25。
聚(碳酸酯-r-氨基甲酸酯-r-酯)多元醇E(PP-E)是如下来制备 的:向带有加液漏斗、机械搅拌器和冷凝管的500毫升烧瓶中加入 101.5克(g)的PH200D、0.39g的乙基己酸锡(II)和16g 的DPMA。施加氮气氛,将所形成的混合物搅拌和加热到 117°C。在20分钟的间隔内通过加液漏斗加入40.4g的己内酯、13.5g 的戊内酯和5.15g的三甲基六亚甲基二异氰酸酯(TMDI)的溶液。将该 反应在117°C加热8小时。该反应无需进一步净化来使用。所形成的 材料中固体含量测量为在DPMA中是89.2%和羟值是 21.9mgKOH/g。这里所报告的固体含量是如下来测定的:称重样品,将 它在120℃加热1小时,将它重新称重和确定加热步骤后剩余固体的 百分比。通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子 量是9010g/mol和重均分子量是14600g/mol。多分散度指数是1.62。
聚(碳酸酯-酯)多元醇F(PP-F)是如下来制备的:向带有机械搅拌 器和冷凝管的1L烧瓶中加入395克(g)的PH200D、300.0g 的己内酯和100g的戊内酯。施加氮气氛。将所形成的混合物搅拌,加 热到117°C,和通过注射器加入0.4g的乙基己酸锡(II)。将该反应加 热18小时在117°C。该反应无需进一步净化来使用。所形成的材料中 固体含量测量为99.2%和羟值是33.6mgKOH/g。通过凝胶渗透色谱法使 用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是5430g/mol和重均分子量是 9020g/mol。多分散度指数是1.66。
聚碳酸酯氨基甲酸酯嵌段共聚物多元醇G(PP-G)是如下来制备 的:向100ml烧瓶中加入8.2g的2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、 3.1g的1,6-己二醇、0.08g的二月桂酸二丁基锡、0.04g的亚磷酸三 苯酯和21g的DPMA。将该混合物加热到80°C和保持5小时。 然后将该混合物冷却,并且向该混合物加入52.3g的 PH200D和21g的DPMA。升温到80°C和保持,直到用红外光 谱没有观察到异氰酸酯。冷却该反应混合物来提供透明的、粘性液体, 固含量为62%。基于100%树脂固体的羟值是28mgKOH/g。通过凝胶渗 透色谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是7170g/mol和重 均分子量是13930g/mol。该多分散度指数是1.94。这种材料中的氨基 甲酸酯嵌段的理论Mn是-538。
聚碳酸酯氨基甲酸酯嵌段共聚物多元醇 H(PP-H)是如下来制备 的:向500ml烧瓶中加入25.2g的2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、 31.8g的来自Dow的TONE0201多元醇、0.36g的二月桂酸二丁基锡、 0.18g的亚磷酸三苯酯和99.4g的DPMA。将该混合物加热到 80°C和保持5小时。然后将该混合物冷却,并且向该混合物加入241.3g 的PH200D和99g的DPMA。升温到80°C和保 持,直到用IR没有观察到异氰酸酯。冷却该反应混合物来提供透明的、 粘性液体,固含量为60%。基于100%树脂固体的羟值是26mgKOH/g。 通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是 7470g/mol和重均分子量是14300g/mol。该多分散度指数是1.91。这 种材料中的氨基甲酸酯嵌段的理论Mn是-950。
聚碳酸酯氨基甲酸酯嵌段共聚物多元醇I(PP-I)是如下来制备 的:向100ml的烧瓶中加入4.4g的2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸 酯、7.4g的TONE0201多元醇、0.06g的二月桂酸二丁基锡、0.03g的 亚磷酸三苯酯和18g的DPMA。将该混合物加热到80°C和保 持5小时。然后将该混合物冷却,并且向该混合物加入42g的 PH200D和26g的DPMA。升温到80°C和保持, 直到用IR没有观察到异氰酸酯。冷却该反应混合物来提供透明的、粘 性液体,固含量为50%。基于100%树脂固体的羟值是20mgKOH/g。通 过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物所测量的数均分子量是 10400g/mol和重均分子量是21300g/mol。该多分散度指数是2.05。 这种材料中的氨基甲酸酯嵌段的理论Mn是-1690。
第2部分–制备实施例1-3和对比例1和2
在下面的实施例中,材料例如染料、多元醇、催化剂、表面活性 剂等(其在一个实施例中是通过括号中的小写字母来标记的)被用于随 后的具有相同的小写字母数字的对比例。PC-1、PC-2、PC-3和PC-4 的组合产生了活化的灰色。
第2-A部分:制备涂层配料
将下面的材料以所述次序加入到装备有搅拌器的合适的容器中。
装料1–列出了每个组分的重量%
(1)DPMA据报道是二丙二醇甲基醚乙酸酯,获自Dow。 (2)绿色着色光致变色茚萘并吡喃。 (3)紫色着色光致变色茚萘并吡喃。 (4)蓝色着色光致变色茚萘并吡喃。 (5)紫色着色光致变色茚萘并吡喃. (6)245-一种抗氧化剂/稳定剂,获自Ciba Specialty Chemicals Corp。 (7)-144是受阻胺类型的光稳定剂,据报道具有CAS#63843-89-0和获 自Ciba Specialty Chemicals。
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装料2-列出了每个组分的重量%
(8)A-187是γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷,其获自法国巴黎的Osi  Specities。 (9)348是氨基甲酸酯催化剂,据报道是羧酸铋,获自King Industries  Inc。 (10)333是一种聚醚改性的二甲基聚硅氧烷共聚物,其获自BYK-Chemie of  Wallingford,Connecticut。
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装料3-列出了每个组分的重量%
(11)PMAP-按照US专利6187444的实施例1的组合物D的程序所生产的聚(甲基) 丙烯酸多元醇,该程序在此引入作为参考,除了在装料2中,将苯乙烯用甲基丙烯酸 甲酯代替和加入0.5重量%的亚磷酸三苯酯,基于总单体重量。
(12)第1部分所制备的聚碳酸酯多元醇或者用于对比例中的市售产品。
(13)一种封闭的六亚甲基二异氰酸酯,获自英国兰开夏的Baxenden Chemical  Co.。
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将装料1加入到容器中,并且混合和加热到60°C大约30分钟来 溶解固体。将装料2加入到该溶液中,并且将所形成的混合物搅拌大 约5分钟。将装料3的材料以所列的次序加入到分别的容器中,并且 在将它加入到含有装料1和2的容器之前进行混合。将所形成的混合 物置于120mL容器中,并且置于刻度设置为40的U.S.S-neware Roll 混合器中2小时。
对比例1和2是按照上面的实施例1-3所列的程序来制备的,除 了使用装料1、2和3的每个中所列出的材料。
第2-B部分–制备涂覆的制品
使用了获自Gentex Optics的精巧的单视力聚碳酸酯透镜,直径 70mm。将该测试透镜用来自在500瓦和54kVA运行的Tantec  EST-Electrical Service Treatment单元的电晕放电处理45秒。实 施例1-3和对比例1和2的涂层每个是通过旋涂分别施涂到电晕处理 的透镜上,并且在125℃固化60分钟。所形成的固化涂层是大约20 微米厚。将具有施涂的涂层的一组透镜进行第3-A部分中所述微硬度 测试。
将另一组涂覆的透镜用来自在20赫兹和0.70千瓦运行的Tantec 单元的电晕放电处理9秒。将US专利7410691的实施例1和2所述类 型的丙烯酸酯基配料(该公开文献在此引入作为参考)通过旋涂施涂到 测试透镜上,并且固化来产生大约8微米厚的涂层。如第3-B所述, 测试了具有两个涂层的透镜的光致变色性能。
第3-A部分–微硬度测试
将第2-B部分制备的涂覆的透镜使用获自Fischer Technology  Inc的HCV,H-100型仪器进行微硬度测试。所测量的 微硬度的单位是牛顿/mm2。将每个透镜测量2-5次,并且所形成的数 据是平均的。硬度测量采用在100牛顿的负荷15秒后在2微米穿透深 度处的硬度。表1列出了每个测试透镜的算术平均结果。
表1Fischer微硬度结果
实施例No. 微硬度(N/mm2)
1 13
2 9
3 36
CE-1 33
CE-2 34
第3-B部分–光致变色性能测试
每个前述涂层组合物的光致变色性能是如下来进行的。在由法国 Essilor,Ltd.所制造的用于测量光致变色(“BMP”)光具座的Bench上 进行光致变色性能测试,测试了上面制备的涂覆透镜。在测试过程中 光具座保持在73.4°F(23℃)的恒温。
在光具座上测试之前,以大约14cm的距离将每个涂覆的透镜曝 露于365nm紫外光大约10分钟,来活化该光致变色材料。透镜的 UVA(315-380nm)照度是用Model Li-1800分光辐射度计来测 量的,并且发现是22.2瓦/平方米。该透镜然后以大约36cm的距离 置于500瓦高强度卤素灯下大约10分钟,来漂白(失活)该光致变色材 料。透镜处的照明度是用分光辐射度计来测量的,并且发现是 21.9Klux。然后在光具座上测试之前,将该透镜在黑暗环境和室温 (70-75°F,或者21-24°C)保持至少1小时。在光具座测量之前,测量 了透镜在390nm的紫外线吸收率。
该BMP光具座安装有两个彼此垂直的150瓦Model #66057氙弧灯。来自灯1的光路导过3mmKG-2带通滤波器 和适当的中密度滤波器,其贡献了所需的UV和部分可见光照度水平。 来自灯2的光路导过3mmKG-2带通滤波器、短带 400nm切断滤波器和适当的中密度滤波器,来提供补足的可见光照明 度。处于与每个灯45°的2英寸x2英寸的50%圆点分束器用来混合两 个光束。中密度滤波器和氙弧灯电压控制的组合被用于调整照度的强 度。私人所有的软件(即,BMPSoft版本2.1e)被用于BMP上来控制定 时、照度、空气室和样品温度、溅射、滤波选择和响应测量。使用具 有用于光传递通过透镜的光缆的分光光度计Model MCS501来 测量响应和颜色。收集每个透镜上的白昼视觉响应测量。
将光具座的功率输出(即,透镜所曝露到的光的剂量)调整为6.7 瓦/平方米(W/m2)UVA,积分自315-380nm和50Klux照明度,积分自 380-780nm。这个功率设定点的测量是使用照度探针和校正的Zeiss 分光光度计来进行的。透镜样品室安装有石英窗和自定中心样品架。 样品室的温度控制在23°C。整个软件具有改进的Facis,Model FX-10, 环境模拟器。样品动态光致变色响应的测量和颜色测量是使用相同的 分光光度计来进行的,具有用于将光从钨卤素灯传递穿过样品 的光纤电缆。来自该光纤电缆的校正监控光束在穿过样品和导入到连 接到该分光光度计的接收性光纤电缆组件中的同时,保持与测试样品 垂直。样品在样品室中精确的放置点是活性氙弧光束和监控光束交叉 来形成两个同心圆的光之处。氙弧光束在样品放置点的入射角度是从 垂线≈30°。
从未活化的或者漂白的状态到活化的或者着色的状态的光密度 变化(ΔOD)方面的响应测量是如下来测量的:建立初始未活化的透明 度,打开氙灯的挡板和测量在所选择的时间间隔通过活化的透明度。 光密度的变化是根据式:ΔOD=log(10)(%Tb/%Ta)来确定的,这里%Tb 是漂白态的透明度%,%Ta是活化态的透明度%。光密度测量基于光象 光密度。
这个测试的结果在下表2中给出,其中饱和时的ΔOD是在活化15 分钟后,并且褪色半衰期(“T1/2”)值是在除去活化光源之后,在 73.4°F(23°C),涂层中活化形式的光致变色材料的ΔOD达到15分钟的 ΔOD的一半时的时间间隔(秒)。
表2–光致变色性能结果
实施例# 15分钟后的ΔOD 褪色半衰期(s)
1 0.93 82
2 0.92 79
3 0.86 96
CE-1 0.82 123
CE-2 0.82 125
虽然已经参考其某些实施方案的具体细节描述了本发明,但是并 非打算将这样的细节理解为对本发明范围的限制,除了它们包括在附 加的权利要求范围内之外。
虽然已经参考其某些实施方案的具体细节描述了本发明,但是并 非打算将这样的细节理解为对本发明范围的限制,除了它们包括在附 加的权利要求范围内之外。