自修复硬涂层的改善的制作方法
自修复硬涂层的改善的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 不适用。
技术领域
[0003] 在此披露的本发明属于自修复或自修理硬涂层材料领域，并且更具体地涉及用于 制备此类涂层的组合物和方法。
[0004] 背景
[0005] 在此披露的组合物、制品、以及方法在利用自修复或自修理硬涂层，特别是透明硬 涂层的领域中具有应用。本披露集中于在眼科领域中的应用，然而，本领域技术人员将认识 到在其他领域(如汽车和窗口技术）中的应用。更确切地说，本披露集中于用于透明、耐刮擦 且自修复的涂层的组合物、生产方法、以及具有该涂层的眼科制品。
[0006] 自修复涂层能够自我修复，即，当经受简单的物理处理时，将能够完全地或部分地 恢复到初始的无刮痕情况的涂层。此类自修复涂层的实例已被拜耳公司（Bayer)、PPG工业 公司（PPG Industries) (Revivance?)、Suprapolix BV公司以及CRG公司（"Veriflex? 以及 还有US 2009/062453和W0 2009/029641)披露。自修复涂层主要是由聚氨酯、环氧树脂、以 及形状记忆(共)聚合物制备的，这些物质在热、UV或湿度处理之后显示了修复效果。这些材 料进一步含有活性胶囊，这些活性胶囊在一旦裂缝或孔在涂层中出现并且打开这些胶囊时 就能够与其他元件交联。
[0007] 例如，PPG工业公司已经披露了在浸入温水中时显示出令人感兴趣的室温修复效 果和甚至更好的修复效果的涂层。PPG涂层，作为Revivance?涂层销售，和改性涂层是示例 性自修复涂层。这些涂层主要是由聚氨酯(PU)制备的，这些聚氨酯在热或湿度处理后显示 出修复效果。自修复涂层在美国专利号7，872，078和国际专利申请公开W0 2009029641 A中 披露，出于所有的目的将这些专利特此以其全文结合在此。
[0008] 然而，这些涂层中的一些当施用到眼科镜片，诸如聚碳酸酯(PC)镜片上时表现出 较不令人满意的结果。例如，这些自修复涂层由在依视路国际公司（Essi lor International)可商购的先前已知的硬涂层产品实施，甚至在室温下长期修复过程之后。 因此，对于组合物，以及制备组合物的方法存在需要，以改善用于眼科用途的自修复涂层的 耐刮擦性或修复性能。
[0009] 概述
[0010]在此呈现的是制备组合物的方法和用于自修复、耐刮擦、透明涂层的组合物，这些 组合物具有胶体纳米颗粒和羟基多面体低聚倍半硅氧烷(P0SS)笼形化合物中的至少一种。 [0011]该组合物是可固化的并且可以被涂覆到表面（如眼科镜片）上，并且然后固化。根 据本发明的组合物包括方法，该方法包括以下步骤:将自修复涂覆溶液、胶体纳米颗粒的分 散体、以及溶剂或表面活性剂中的至少一种混合，以得到组合物，其中该组合物能够被固化 成对于可见光是透明的涂层。在此还呈现了通过这种方法获得的眼科镜片产品。
[0012]在阅读以下详细描述后，本发明的这些和其他方面对于本领域技术人员将是明显 的。虽然本发明易于有各种修改和替代形式，其具体实施例将进行详细描述并通过举例示 出。然而，应理解的是，并不旨在将本发明限于所披露的具体形式，而是，相反，本发明将覆 盖落入如所附权利要求书中表示的本发明的精神和范围内的所有修改和替代方案。
[0013] 详细说明
[0014]除了在本披露中明确地和清楚地定义的范围之外或除非特定背景另外要求不同 的含义，否则在此使用的词语或术语具有其在本披露的领域中的普通、平常的含义。如果在 本披露与可以通过引用结合的一个或多个专利或其他文件中的词语或术语的使用上存在 任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
[0015]词语"包含"、"含有"、"包括"、"具有"以及其所有语法变化形式旨在具有开放的、 非限制性的含义。例如，包含一种组分的组合物不排除具有另外的组分，包括一个零件的设 备不排除具有另外的零件，并且具有一个步骤的方法不排除具有另外的步骤。当使用这类 术语时，具体地包括且披露了"基本上由"或"由"所指定的组分、零件和步骤组成的组合物、 设备和方法。如本文所用，词语"基本上由…组成"以及其所有语法变化形式旨在将权利要 求的范围限制为所指定的材料或步骤以及实质上不会影响所要求保护的发明的一种或多 种基本的和新颖的特征的那些材料或步骤。
[0016] 不定冠词"一个(种）（a/an)"意指一个(种)或多于一个(种）的该冠词所引入的组 分、零件或步骤。
[0017] 每当披露具有下限和上限的程度或测量的数值范围时，还旨在具体地披露落入该 范围内的任何数字和任何范围。例如，每一值范围（呈"从a至b"、或"从约a至约b"、或"从约a 至b"、"从大约a至b"以及任何类似表述的形式，其中"a"和"b"表示程度或测量的数值)应被 理解为阐明包含在更广泛的值范围内的每一个数字和范围。
[0018]术语如"第一"、"第二"、"第三"等可以被任意指定并且仅旨在区分以其他方式在 性质、结构、功能或作用方面类似或对应的两个或更多个组分、零件或步骤。例如，词语"第 一"和"第二"不用于其他目的并且不是以下名称或描述性术语的名称或描述的一部分。仅 仅使用术语"第一"不要求存在任何"第二"类似的或对应的组分、零件或步骤。类似地，仅仅 使用词语"第二"不要求存在任何"第一"或"第三"类似的或对应的组分、零件或步骤。此外， 应理解仅仅使用术语"第一"不要求元素或步骤是任何顺序中的正好第一个，而是仅仅要求 它是这些元素或步骤中的至少一个。类似地，仅仅使用术语"第一"和"第二"不一定要求任 何顺序。因此，仅仅使用这类术语不排除在"第一"与"第二"元素或步骤之间的中间元素或 步骤等等。
[0019] 如在此使用的，"颗粒"指的是具有有限质量和足够内聚力的本体，使得它可以被 视为实体但具有相对小的尺寸。"纳米颗粒"通常被认为是具有在约5nm至约300nm范围内的 尺寸的颗粒。
[0020] "分散体"是其中具有一种化学组成和物理状态的物质的颗粒分散在具有不同化 学组成或物理状态的另一种物质中的体系。
[0021 ]如在此使用的，"自修复涂层"是能够完全地或部分地自我修复的层或涂层，即，当 经受简单的物理处理诸如延时或水浸时，能够完全地或部分地恢复到初始的无刮痕情况的 涂层。
[0022] "Revivance?"涂层和溶液是由PPG工业公司（PPG Industries, Inc.)使用的商品 名，并且是指授予Foringer等人的美国专利号7,872,078中披露的自修复材料。通常，这些 自修复涂层(SHC)组合物被描述为由至少一种聚碳酸酯多元醇、至少一种异氰酸酯、以及至 少一种溶剂和表面活性剂组成。商标"Revivance?"用来指的是含有化合物和溶剂的溶液， 以及固化的或硬化的涂层或层。
[0023] "聚碳酸酯(PC)树脂"或塑料指的是含有碳酸根基团的热塑性聚合物的组中的任 一种。PC塑料通常被用于眼科产品如眼镜镜片中。烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)塑料，也称为 KCR-39_?W，是在过氧化二碳酸二异丙酯（IPP)引发剂和热存在下的二乙二醇双烯丙基碳 酸酯的塑料聚合物。过氧化物也可以用作引发剂。烯丙基基团的存在允许聚合物形成交联。 ADC塑料是热固性聚合物。ADC塑料通常被用于眼镜镜片的制造中。商业实例是从依视路国 际公司可获得的0RMA?镜片。镜片的其他实例是硫代-聚氨酯镜片、甲基丙烯酸镜片、或其他 高折射率塑料镜片。
[0024]如在此使用的，"平光"镜片不具有用于矫正视力的光学屈光力。
[0025]如在此使用的，"透明的"是指具有对于可见光的全光谱的至少80%的透射率。
[0026]如在此使用的，"透射率"是在具体波长下或在光谱内透射光与被引导通过介质的 总光的比率。
[0027]如在此使用的，"雾度"是漫透射率除以总透射率的比率。
[0028]如在此使用的，"ASW"试验是指自动钢制毛料试验。在ASW试验中，涂覆 的镜片样品 通过Hazegard XL-211P1US仪进行测量以得到初始雾度值(雾度0)。该镜片的凸面使用自动 钢制毛料机在1200g的载荷下由钢制毛料(000级)摩擦5个循环其中一个循环是一个向前移 动和一个向后移动。该镜片再次通过该Hazegard XL-211P1US仪测量以得到刮擦后的雾度 值(雾度s)。该雾度越低，镜片的耐刮擦性越好。在将该镜片在室温(20°C-22°C，40%-50% 湿度）下保持5小时之后，该镜片再次通过该Hazegard XL-211Plus仪测量以得到最终的雾 度值(雾度hr)。该雾度越低，镜片的最终耐刮擦性越好。修复性能或水平，在此称为修复1，通 过以下方程式计算：（雾度S-雾度hr)/雾度S，其中结果表示为百分比。然后将该镜片浸入温 水中（在60°C下持续15分钟），并且，在用DI水清洗和吹气干燥之后，将该镜片再次通过该 Hazegard XL-211P1US仪测量以得到雾度值(雾度hw)。该雾度越低，镜片的最终耐刮擦性越 好。修复性能或水平，在此称为修复2,通过以下方程式计算：（雾度 s-雾度hw)/雾度s。结果表 示为百分比。
[0029] 在此呈现的是将胶体纳米颗粒材料和羟基P()SS_S材料中的至少一种，并且优选 二者引入到自修复、透明涂层中的方法。
[0030] 在此描述的改性的自修复涂层显示出相比未经改性的涂层更好的耐刮擦性亦或 修复性能。在涂层中存在胶体纳米颗粒和羟基POSS?的量的最佳组合，因为这些涂层的性 能在加入一定百分比的这两种材料之后降低。
[0031] 本发明的溶液、涂层、以及涂覆的光学制品包括自修复涂层，该自修复涂层由包含 至少一种聚碳酸酯多元醇、至少一种异氰酸酯或封端的异氰酸酯、至少一种溶剂、以及至少 一种表面活性剂的组合物形成。
[0032] 该聚碳酸酯多元醇是(优选饱和的）低聚物或多聚物或它们的混合物，该低聚物或 多聚物在其主链的每一端具有至少两个羟基官能团并且每个单体单元包含至少一个碳酸 酯官能团。实例包括聚(六亚甲基碳酸酯）乙二醇。
[0033]多异氰酸酯可包括封端的异氰酸酯基团。封端的异氰酸酯可以用作在涂覆过程中 的潜在的交联剂和/或粘合促进剂。适合的封端剂可以选自以下项：醇如甲醇，内酰胺如己 内酰胺、ε-己内酰胺（ε-Cap)，肟如丙酮肟，二异丙基胺，1，2,4_三唑，咪唑，甲乙酮肟 (ΜΕΚ0)，丙二酸二乙酯(DEM)，乙酰乙酸乙酯，吡唑如3,5_二甲基吡唑(DMP)，Ν-叔丁基苄胺、 环戊酮以及它们的混合物。
[0034]多异氰酸酯可以包括单个三官能多异氰酸酯或两种或更多种不同的三官能多异 氰酸酯的混合物，并且可以选自一种或多种多异氰酸酯如三异氰酸酯，包括异氰脲酸酯。合 适的三官能异氰酸酯包括，但不限于，异氟尔酮二异氰酸酯的三聚体、三异氰酸酯基壬烷、 三苯基甲烷三异氰酸酯、1，3，5-苯三异氰酸酯、2，4，6-甲苯三异氰酸酯、三羟甲基和四甲基 二甲苯二异氰酸酯的加合物（由氰特工业公司（Cytec Industries，Inc .)以名称Cythane 3160出售），Desmodur? N 3300(八亚甲基二异氛fe醋的异氛脈fe醋），以及Uesmodur、1' Z 4470(异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体），二者可购自拜耳公司(Bayer Corporation)。具体使 用的多异氰酸酯是环状的异氰酸酯，具体地，二异氰酸酯如六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔 酮二异氰酸酯的异氰脲酸酯。
[0035] 在此描述的异氰酸酯可以是直链的脂肪族异氰酸酯、脂环族异氰酸酯、或芳烷基 或烷芳基异氰酸酯。在一个示例性实施例中，异氰酸酯可以是饱和的异氰酸酯。具体的实例 包括亚己基二异氰酸酯(HDI)、八亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、2,2,4_或2,4， 4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、十二烷二异氰酸酯、1，4_二异氰基丁烷、4,4'_二异氰酸基 环己基甲烷(HDMI)、甲基亚环己基二异氰酸酯(HTDI)、异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)、l，6-二 异氰酸基己烷(HDI)、1，3-和1，4_双异氰酸基甲基环己烷、它们的二聚体和三聚体（如HDI 和/或IPDI的脲二酮(uretdione)和HDI缩二脲）、以及它们的混合物。
[0036] 在此描述的溶剂可以选自二醇醚类型，即选自二醇的烷基醚、它们的酯、以及其混 合物，包括丙二醇甲醚乙酸酯。该溶剂可以表示用于形成自修复涂层的组合物的重量的从 约20wt% 至约70wt%。
[0037] 在此描述的表面活性剂可以选自聚醚改性的硅氧烷(尤其是聚二甲基硅氧烷），单 独使用或在溶剂中使用，如由毕克公司(BYK)销售的那些。该表面活性剂可以表示用于形成 自修复涂层的组合物的重量的从约0.05wt%至约1 .Owt%，优选从约0. lwt%至约0.3wt%。 [0038]在此描述的自修复涂层可以具有在23°C下小于1500Mpa的存储模量和/或包括在 从约20°C至约70°C范围内的玻璃化转变温度。在此描述的自修复涂层的厚度通常范围为从 约3μηι至约15μηι，例如从约7μηι至约14μηι。由于该自修复涂层，划痕可从根据本发明的光学制 品消除，或者在室温下或者通过将具有固化的且有刮痕的自修复涂层的光学制品浸入达到 在约50°C与约60°C之间的温度的水中持续1至60分钟，优选从10至20分钟，例如持续约15分 钟。
[0039] 实例
[0040] 为了有利于更好地理解本发明，给出了一些实施例的以下实例。以下实例决不应 被阅读为限制、或限定本发明的整个范围。
[0041] 引入胶体纳米颗粒
[0042]进行实验以通过物理共混将胶体纳米颗粒引入到透明的SHC溶液中。本发明中使 用的胶体纳米颗粒具有的平均粒度是在约5nm至约15nm的范围内。纳米颗粒可以是导电的、 不导电的、或半导电的。它们可以选自下组，该组由以下各项组成：导电金属氧化物颗粒，诸 如，但不限于，31520 3、31102、11'0^1'0(31102/31320 5)、？1'0(31102/?205)，和导电金属纳米颗粒，诸 如，但不限于，41!^8、〇!，以及其任何组合。可以使用不导电的纳米颗粒，诸如，但不限于， Ti02和Al2〇3、以及其任何组合。可替代地，可以使用半导电的纳米颗粒，诸如，但不限于， ZnO〇
[0043]在一个方面中，胶体纳米颗粒可以是无机纳米颗粒，这些无机纳米颗粒可以具有 的热导率是在此描述的任何溶液中使用的初始聚合物的热导率的至少十倍。更具体地，这 些无机纳米颗粒可以具有的热导率是比在此描述的任何溶液中使用的初始聚合物高至少 一百倍。
[0044]如从实例中将明显的是，胶体纳米颗粒Sb203和Sn02,当以足够的量加入时，显著增 加了涂层的自修复性能并且关于初始雾度和自修复后的雾度是令人满意的。因此，这些导 电金属氧化物是特别优选的。
[0045]使用的透明SHC溶液是改性的Revivance?涂覆溶液，一般被描述为由至少一种聚 碳酸酯多元醇、至少一种封端的多异氰酸酯、以及至少一种溶剂和表面活性剂组成。混合物 是通过以下方式制备的：将胶体Sn0 2纳米颗粒(ELCOM NE-1003PTV) (Sn02胶体，15wt %，来自 JGC C&C有限公司）、Sb2〇3纳米颗粒（ELCOM NE-1002SBV)(Sb2〇3胶体，19wt%，来自JGC C&C 有限公司）、或IT0纳米颗粒(ELCOM NE-10011 TV) (IT0胶体，20wt %，来自JGC C&C有限公司） 的分散体，溶剂(_D〇職η〇[email protected] PM，或丙二醇甲醚，从陶氏化学公司（Dow Chemi ca 1 Company)可 获得的）、和表面活性剂(ΒΥΚ?'341,用于溶剂型和水性涂覆体系的硅酮表面添加剂，由聚 醚改性的聚二甲基硅氧烷的溶液组成，从美国毕克公司（BYK USA，Inc.)可获得的）添加到 自修复涂覆溶液中。在此描述的所有导电纳米颗粒是直径为l〇_15nm，但是可以使用其他尺 寸范围。ELC0M NE 1002SBV和ELC0M NE 1003PTV是与这些自修复溶 液相容的。
[0046] 引入导电Sb2〇3纳米颗粒
[0047]在此实验中，混合物是通过将胶体Sb203纳米颗粒的分散体（"SBV"）添加到自修复 改性的Revivance?溶液中制备的。
[0048] 六种涂覆溶液，S1-S6，是通过将不同量的Sb203胶体溶液、溶剂(Dowand?PM)和 表面活性剂(BYKD-341)添加到SHC溶液中制备的。所得的溶液，S1-S6，是以约45wt %的 固体含量制备的。SHC参比溶液R也是以约45wt%的固体含量制备的。类似的涂层厚度被用 于参比(R)和S1-S6溶液。
[0049] 在S1-S6的干涂层中SBV纳米颗粒的固体百分比分别被计算为2.0wt%、3.9wt%、 5 · 7wt %、7 · 6wt %、9 · 3wt %和11 · Owt %。在S1-S6的干涂层中SBV胶体的对应的体积百分比 分别被计算为〇· 5vol %、1 ·Ovol %、1 ·5vol %、2·Ovol%、2 · 5vol %和3·Ovol%，其中SHC(R) 和SBV纳米颗粒的密度被认为是1.3g/cm3和5.2g/cm 3。下表1表明所测试溶液的组分。
[0050]
[0051 ] 涂层是通过旋涂法在裸露的、平光Orma?镜片上以600rpm(10s)/1000rpm(5s)的速 度达到目标厚度(约5μπι至约7μπι的干涂层，更优选7μπι)，并且然后在126°C下在常规烘箱中 固化3小时制备的。
[0052]在ASW试验后S1-S6涂层的刮擦和修复性能列于以下表2中。
[0053]
[0054]试验结果示出所有涂层的最终耐刮擦性通过添加 SBV纳米颗粒得以改善，尤其是 S4涂层，在SHC中具有2. Ovol %或7.6wt %的SBV纳米颗粒，其在所有测试的涂层之中表现出 最低的刮擦后雾度和最终雾度。相比参比涂层R(4.95%的雾度;在温水中44%的修复），S4 涂层示出更好的耐刮擦性(2.92 %的雾度)和更好的修复性能(在温水中57 % )。S3涂层也被 认为是良好的SHC。
[0055] 添加导电Sn〇2纳米颗粒
[0056] 用Sn02的导电纳米颗粒，呈Sn02胶体溶液的形式，ELCOM NE 1003?1^(叩17"），添 加到SHC溶液中进行类似的试验方案。
[0057] 五种涂覆溶液，P1 - P 5，通过将P T V溶液、溶剂（Do麻anol? P Μ)和表面活性剂 (ΒΥΚ?-341)添加到自修复溶液中制备。溶液Ρ1-Ρ5是以约45wt %的固体含量制备的。在 P1-P5的干涂层中Sn〇2纳米颗粒的固体百分比分别被计算为1. lwt%、2. lwt%、2.6wt%、 3.9wt %、和5. lwt %。如果参比涂层R和Sn02纳米颗粒的密度被认为是1.3g/cm3和5.2g/cm 3， 则在P1-P5的干涂层中Sn〇2纳米颗粒的对应的体积百分比分别被计算为0.2vol %、 0 · 4vol %、0·5νο1%、0·8νο1% 和l.Ovol%。出于与SBV涂层比较的目的，对0 · 5vol % 和 1. Ovol %的涂层进行测试，如下表3中所指出。
[0058]
[0059] 在ASW试验后P1-P5涂层的刮擦和修复性能列于以下表4中。
[0060]
[0061] 试验结果示出P1-P5涂层的最终耐刮擦性通过添加 Sn02纳米颗粒得以改善。P2涂 层，在SHC中具有0.4vol %和2. lwt%的Sn02纳米颗粒，表现出最低的刮擦后雾度和最终雾 度，表明相比R涂层(5.30 %的雾度;在室温下41 %的修复)更好的耐刮擦性（1.46 %的雾度） 和更好的修复性能(在室温下61 % )。
[0062] 引入羟基:P:〇SS?'
[0063] 在实验中使用的自修复涂层是基于聚氨酯(PU)化学，并且通常被描述为具有单体 (包括二醇或多元醇、以及封端的多异氰酸酯）。
[0064] 加入POSS_s-多元醇（在交联聚合物的主链上的P0SS硬链段）
[0005] 此实验对由以下项组成的涂覆溶液进行测试:从Hybrid Plastics有限公司可获 得的POSS?-多元醇（POSS?.是指多面体低聚倍半硅氧烷，即呈八(3-羟基-3-甲基丁基 二甲基硅氧烷）POSS㊣（AL0136)的形式或P0SS衍生物。在此描述的P0SS衍生物还可以是 巯基-P0SS，其中该巯基P0SS选自下组，该组由以下各项组成:P0SS-二硫醇、P0SS-三硫醇、 P 0 S S -多硫醇。五种涂覆溶液A1 - A 5是通过分别将不同量的P() S S?-多元醇、溶剂（ Dowanol? PM)和表面活性剂(BYK?-341)添加到自修复溶液中制备的。所得溶液是以约 4 5 w t %的固体含量制备的。在A1 - A 5的干涂层中POSS?-多元醇的含量分别被计算为 1 · Owt %、2 · Owt %、3 · Owt %、4 · 5wt % 和6 · Owt %，如下表5 中所描述。
[0066]-
[0067] 涂层是使用与以上所述的相同的方法制备的。在ASW试验中前三个涂层体系的刮 擦和修复性能列于以下表6中。
[0068]
[0069] 当FOSS?-多元醇低于4.5wt%时所有涂层示出稍微改善的耐刮擦性和一定修复 水平，导致较低的最终刮擦雾度。然而，当POSS?-多元醇高于4.5wt%时，刮擦雾度朝向 初始的刮擦后雾度水平返回回来。
[0070] 加入POSS?-二醇（在所得聚合物的侧链上的P0SS硬链段）
[0071] 此实验对由以下项组成的涂覆溶液进行测试:从Hybrid Plastics有限公司可获 得的POSS?-二醇，即呈1，2_丙二醇异丁基POSS? (AL0130)的形式。四种涂覆溶液，A6-A9，是通过分别将不同量的POSS?-二醇、溶剂（D〇wano:l:?PM)、溶剂(THF)和表面活性剂 (BYK?-341)添加到自修复溶液中制备的。所得溶液是以约45wt %的固体含量制备的。在 A6-A9的干涂层中POSS?-二醇的含量分别被计算为1 .〇wt%、2.0wt%、3.0wt%和 4 · 5wt %。POSS?-二醇的当量重量(每〇H基团）是475g/mo 1，而POSS?-多元醇（ALO136) 的当量重量是213g/mo 1。为了比较，涂层A7或A9，具有2 · Owt %或4 · 5wt %的POSS?-二醇 含量，对应于与涂层A1或A2,具有l.Owt%或2.0wt%的POSS?-多元醇（AL01 36)含量(A1: 0.001摩尔的0H;A2:0.002摩尔在POSS?中的0H)类似的官能团（0H)摩尔比，如以下表7中 所描述。
[0072]
[0073] 涂层是使用以上描述的相同的方法制备的。在ASW试验中前三个涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。最后的涂层，A9，示出高的初始雾度，2.37%，未进行刮擦和修复试 验，如表8中所述。
[0074]
[0075]三个涂层示出相比参比涂层R更低的刮擦后雾度和稍微更好的修复，这导致更低 的最终雾度，同时这些涂层在室温下保持类似的修复水平。对于涂层A1和A7,具有类似的官 能团(0H)摩尔比，A1比A7表现更好，显示了更低的最终雾度和改善的修复水平。
[0076] 引入导电纳米颗粒和羟基P0SS
[0077] 通过将SBV胶体溶液租POSS⑧-多元醇（AL0136)添加到稀释的SCH溶液中进行实 验。没有对PTV胶体溶液进行测试。此外，POSS?-二醇（AL0130)当混合到SHC溶液中时与 SBV胶体溶液不相容，引起沉淀。
[0078] 在干SHC中呈7 · 6wt%的Sb2〇3纳米颗粒和呈2 · Owt%或3 · Owt%的POSS?-多元醇
[0079] 两种涂覆溶液，SA1和SA2，是通过分别将溶剂（Dowaiiol? PM)和表面活性剂 (BYK?-341)添加到SHC溶液中，同 时保持Sb2〇3纳米颗粒处在一个浓度下并且改变 POSS?-多无醇的重量百分比制备的。在SA1和SA2的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固体百分 比被计算为7.6wt % (对应于在前面的试验中最好的涂层性能）。在这两个涂层中 POSS?-多元醇的重量百分比分别是2.0wt%和3.0wt%，如表9中所描述。
[0080]
[0081] 涂层是使用以上描述的相同的方法制备的。在ASW试验中这两个涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。SA1涂层显示出改善的耐刮擦性和修复水平，导致比S4、A2和A3涂 层(>2.67%)更低的最终刮擦雾度(2.12%)，如表10中所描述。
[0082]
[0083] 在干SHC中呈6 · lwt%的Sb2〇3纳米颗粒和呈2 · Owt%或3 · Owt%的POSS.多元醇 [0084] 三种涂覆溶液，S3.5、SA3和SA4，如下所示制备。在S3.5、SA3和SA4的干涂层中Sb2〇3 纳米颗粒的固体百分比被计算为6. lwt%。在这些涂层中POSS?-多元醇的重量百分比是 2.0界1:%和3.〇￥1:%，如表11中所描述。
[0085]
[0087] 涂层是使用与以上所述的相同的方法制备的。在ASW试验中三种涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。SA4涂层显示出改善的耐刮擦性和修复水平，导致比涂层S3.5、A2 和A3(>2.67%)更低的最终刮擦雾度（1.66%)，如表12中所描述。
[0088]
[0089] 在此使用的两种类型的导电纳米颗粒和POSS?-多元醇与SHC溶液相容。没有展 现出雾度问题，因为所有的涂覆组合物显示出低雾度，〈0.2%。含有POSS?-二醇的涂层显 示出高雾度，可能是由于它的疏水性和在聚合涂层中引起的相分离。如果雾度不是问题，则 具有4.5wt %的POSS?-二醇的涂层可示出甚至更好的耐刮擦性和修复。
[0090] 导电纳米颗粒对组合物的影响表现为增加的耐刮擦性和自修复水平。具体地，使 用在特定范围（例如，对于Sb2〇3,约2.0wt%至约11 .Owt%，或约3.9wt%至约9.3wt%，或约 5 · Owt % 至约8 · 5wt % ;对于Sn〇2，约1 · lwt % 至约5 · lwt %，或约2 · Owt % 至约4 · Owt % )内的 纳米颗粒看到改善。
[0091 ] 羟基POSS? (可以是P0SS衍生物)对组合物的影响表现为改善的耐刮擦性和自修 复水平。具体地，当羟基POSS?是以特定范围（例如，对于POSS?-多元醇，约1. 〇wt %至 约6 · Owt % 或约 1 · Owt % 至约4 · 5wt % 或约 1 · 5wt % 至约5 · Owt % 或约 1 · 5wt % 至约3 · 5wt% ; 对于P()SS?-二醇.，约1 · Owt %至约4 · 5wt %或约1 · Owt %至约3 · Owt % )使用时，看到改善。
[0092] 在组合物中观察到导电纳米颗粒和羟基POSS?之间的协同作用，改善了耐刮擦 性和修复水平二者。当导电纳米颗粒和羟基POSS?以特定范围（例如，在sA1涂层中约 7 · 6wt %的Sb2〇3和约2 · Owt %的POSS?-多元醇或在SA4涂层中约6 · lwt %的Sb2〇3和约 3.0wt%的POSS?-多元醇)使用时，看到改善。一些实例没有显示出协同作用(SA2)。
[0093] 本发明完全适合于获得所提及的目的和优势以及本发明固有的那些目的和优势。 以上披露的具体实施例仅是说明性的，因为本发明可以按受益于在此传授内容的本领域技 术人员显而易知的不同但是等效的方式来修改和实践。因此明显的是以上披露的具体说明 性实施例可以改变或修改并且所有此类变化被认为在本发明的范围内。应理解除非另外明 确说明，否则以上实施例中的一个或多个可以与其他实施例中的一个或多个组合。
[0094] 根据所披露的要素或步骤的各种要素或步骤能够以要素或步骤顺序的不同组合 或子组合来有利地组合或一起实践以便增加可以从本发明获得的效率和益处。
[0095] 在此适当地说明性地披露的本发明可以在缺少未具体披露或要求的任何要素或 步骤的情况下实践。此外，不意图限制在此所示的构造、组成、设计或步骤的细节，除如以下 权利要求书中描述的以外。
【主权项】
1. 一种方法，该方法包括以下步骤： 混合以下项 自修复涂覆溶液； 胶体纳米颗粒的分散体；以及 溶剂或表面活性剂中的至少一种 以获得组合物，其中该组合物能够被固化成对于可见光是透明的涂层。2. 如权利要求1所述的方法，其中该胶体纳米颗粒的分散体选自下组，该组由以下各项 组成：3匕2〇3、311〇2、11'0、厶1'0(511〇2/3匕2〇5)、？1'0(511〇2/?2〇5)、11〇2、211〇、厶12〇3、厶11、厶8、〇1、以及其 任何组合。3. 如权利要求1-2所述的方法，其中该混合步骤进一步包括将由POSS或POSS衍生物组 成的组中的至少一种混合到该溶液中。4. 如权利要求3所述的方法，其中该POSS衍生物是羟基POSS，并且其中该羟基POSS选自 下组，该组由以下各项组成:POSS-二醇、POSS-三醇、POSS-多元醇、以及其任何组合。5. 如权利要求3所述的方法，其中该POSS衍生物是巯基-POSS，并且其中该巯基-POSS选 自下组，该组由以下各项组成:POSS-二硫醇、POSS-三硫醇、POSS-多硫醇、以及其任何组合。6. 如权利要求1-5所述的方法，其中该自修复涂覆溶液是组合物，该组合物包含至少两 种聚碳酸酯多元醇、和至少一种封端的异氰酸酯。7. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固 体百分比是在约2.Owt%至约11.Owt%的范围内。8. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固 体百分比是在约5.Owt%至约8.5wt%的范围内。9. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sn02纳米颗粒的固体 百分比是在约1.lwt%至约5.lwt%的范围内。10. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sn02纳米颗粒的固 体百分比是在约2.Owt%至约4.Owt%的范围内。11. 如权利要求4-10所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中POSS-多元醇的固 体百分比是在约1 .〇wt%至约6.0wt%的范围内。12. 如权利要求4-10所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中POSS-多元醇的固 体百分比是在约1.5wt%至约3.5wt%的范围内。13. 如权利要求2-12所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中的固体百分比： 对于Sb2〇3纳米颗粒，是在约2.0wt%至约11 .Owt%的范围内；并且 对于POSS-多元醇，是在约1.Owt%至约6.Owt%的范围内。14. 如权利要求2-12所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中的固体百分比： 对于Sb2〇3纳米颗粒，是在约5.Owt%至约8.5wt%的范围内；并且 对于POSS-多元醇，是在约1.5wt%至约3.5wt%的范围内。15. 如权利要求1-14所述的方法，其中该方法进一步包括用该组合物涂覆眼科镜片。
【专利摘要】在此呈现了一种方法，该方法涉及将自修复涂覆溶液、胶体纳米颗粒的分散体、以及溶剂或表面活性剂中的至少一种混合，以得到组合物，其中该组合物能够被固化成对于可见光是透明的涂层。在此还呈现了通过这种方法获得的眼科镜片产品。
【IPC分类】C09D7/12, G02B1/14, C09D5/00, C09D175/04
【公开号】CN105492546
【申请号】CN201380079320
【发明人】郑海鹏
【申请人】埃西勒国际通用光学公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2013年9月3日
【公告号】EP3041906A1, WO2015033183A1
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 不适用。
技术领域
[0003] 在此披露的本发明属于自修复或自修理硬涂层材料领域，并且更具体地涉及用于 制备此类涂层的组合物和方法。
[0004] 背景
[0005] 在此披露的组合物、制品、以及方法在利用自修复或自修理硬涂层，特别是透明硬 涂层的领域中具有应用。本披露集中于在眼科领域中的应用，然而，本领域技术人员将认识 到在其他领域(如汽车和窗口技术）中的应用。更确切地说，本披露集中于用于透明、耐刮擦 且自修复的涂层的组合物、生产方法、以及具有该涂层的眼科制品。
[0006] 自修复涂层能够自我修复，即，当经受简单的物理处理时，将能够完全地或部分地 恢复到初始的无刮痕情况的涂层。此类自修复涂层的实例已被拜耳公司（Bayer)、PPG工业 公司（PPG Industries) (Revivance?)、Suprapolix BV公司以及CRG公司（"Veriflex? 以及 还有US 2009/062453和W0 2009/029641)披露。自修复涂层主要是由聚氨酯、环氧树脂、以 及形状记忆(共)聚合物制备的，这些物质在热、UV或湿度处理之后显示了修复效果。这些材 料进一步含有活性胶囊，这些活性胶囊在一旦裂缝或孔在涂层中出现并且打开这些胶囊时 就能够与其他元件交联。
[0007] 例如，PPG工业公司已经披露了在浸入温水中时显示出令人感兴趣的室温修复效 果和甚至更好的修复效果的涂层。PPG涂层，作为Revivance?涂层销售，和改性涂层是示例 性自修复涂层。这些涂层主要是由聚氨酯(PU)制备的，这些聚氨酯在热或湿度处理后显示 出修复效果。自修复涂层在美国专利号7，872，078和国际专利申请公开W0 2009029641 A中 披露，出于所有的目的将这些专利特此以其全文结合在此。
[0008] 然而，这些涂层中的一些当施用到眼科镜片，诸如聚碳酸酯(PC)镜片上时表现出 较不令人满意的结果。例如，这些自修复涂层由在依视路国际公司（Essi lor International)可商购的先前已知的硬涂层产品实施，甚至在室温下长期修复过程之后。 因此，对于组合物，以及制备组合物的方法存在需要，以改善用于眼科用途的自修复涂层的 耐刮擦性或修复性能。
[0009] 概述
[0010]在此呈现的是制备组合物的方法和用于自修复、耐刮擦、透明涂层的组合物，这些 组合物具有胶体纳米颗粒和羟基多面体低聚倍半硅氧烷(P0SS)笼形化合物中的至少一种。 [0011]该组合物是可固化的并且可以被涂覆到表面（如眼科镜片）上，并且然后固化。根 据本发明的组合物包括方法，该方法包括以下步骤:将自修复涂覆溶液、胶体纳米颗粒的分 散体、以及溶剂或表面活性剂中的至少一种混合，以得到组合物，其中该组合物能够被固化 成对于可见光是透明的涂层。在此还呈现了通过这种方法获得的眼科镜片产品。
[0012]在阅读以下详细描述后，本发明的这些和其他方面对于本领域技术人员将是明显 的。虽然本发明易于有各种修改和替代形式，其具体实施例将进行详细描述并通过举例示 出。然而，应理解的是，并不旨在将本发明限于所披露的具体形式，而是，相反，本发明将覆 盖落入如所附权利要求书中表示的本发明的精神和范围内的所有修改和替代方案。
[0013] 详细说明
[0014]除了在本披露中明确地和清楚地定义的范围之外或除非特定背景另外要求不同 的含义，否则在此使用的词语或术语具有其在本披露的领域中的普通、平常的含义。如果在 本披露与可以通过引用结合的一个或多个专利或其他文件中的词语或术语的使用上存在 任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
[0015]词语"包含"、"含有"、"包括"、"具有"以及其所有语法变化形式旨在具有开放的、 非限制性的含义。例如，包含一种组分的组合物不排除具有另外的组分，包括一个零件的设 备不排除具有另外的零件，并且具有一个步骤的方法不排除具有另外的步骤。当使用这类 术语时，具体地包括且披露了"基本上由"或"由"所指定的组分、零件和步骤组成的组合物、 设备和方法。如本文所用，词语"基本上由…组成"以及其所有语法变化形式旨在将权利要 求的范围限制为所指定的材料或步骤以及实质上不会影响所要求保护的发明的一种或多 种基本的和新颖的特征的那些材料或步骤。
[0016] 不定冠词"一个(种）（a/an)"意指一个(种)或多于一个(种）的该冠词所引入的组 分、零件或步骤。
[0017] 每当披露具有下限和上限的程度或测量的数值范围时，还旨在具体地披露落入该 范围内的任何数字和任何范围。例如，每一值范围（呈"从a至b"、或"从约a至约b"、或"从约a 至b"、"从大约a至b"以及任何类似表述的形式，其中"a"和"b"表示程度或测量的数值)应被 理解为阐明包含在更广泛的值范围内的每一个数字和范围。
[0018]术语如"第一"、"第二"、"第三"等可以被任意指定并且仅旨在区分以其他方式在 性质、结构、功能或作用方面类似或对应的两个或更多个组分、零件或步骤。例如，词语"第 一"和"第二"不用于其他目的并且不是以下名称或描述性术语的名称或描述的一部分。仅 仅使用术语"第一"不要求存在任何"第二"类似的或对应的组分、零件或步骤。类似地，仅仅 使用词语"第二"不要求存在任何"第一"或"第三"类似的或对应的组分、零件或步骤。此外， 应理解仅仅使用术语"第一"不要求元素或步骤是任何顺序中的正好第一个，而是仅仅要求 它是这些元素或步骤中的至少一个。类似地，仅仅使用术语"第一"和"第二"不一定要求任 何顺序。因此，仅仅使用这类术语不排除在"第一"与"第二"元素或步骤之间的中间元素或 步骤等等。
[0019] 如在此使用的，"颗粒"指的是具有有限质量和足够内聚力的本体，使得它可以被 视为实体但具有相对小的尺寸。"纳米颗粒"通常被认为是具有在约5nm至约300nm范围内的 尺寸的颗粒。
[0020] "分散体"是其中具有一种化学组成和物理状态的物质的颗粒分散在具有不同化 学组成或物理状态的另一种物质中的体系。
[0021 ]如在此使用的，"自修复涂层"是能够完全地或部分地自我修复的层或涂层，即，当 经受简单的物理处理诸如延时或水浸时，能够完全地或部分地恢复到初始的无刮痕情况的 涂层。
[0022] "Revivance?"涂层和溶液是由PPG工业公司（PPG Industries, Inc.)使用的商品 名，并且是指授予Foringer等人的美国专利号7,872,078中披露的自修复材料。通常，这些 自修复涂层(SHC)组合物被描述为由至少一种聚碳酸酯多元醇、至少一种异氰酸酯、以及至 少一种溶剂和表面活性剂组成。商标"Revivance?"用来指的是含有化合物和溶剂的溶液， 以及固化的或硬化的涂层或层。
[0023] "聚碳酸酯(PC)树脂"或塑料指的是含有碳酸根基团的热塑性聚合物的组中的任 一种。PC塑料通常被用于眼科产品如眼镜镜片中。烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)塑料，也称为 KCR-39_?W，是在过氧化二碳酸二异丙酯（IPP)引发剂和热存在下的二乙二醇双烯丙基碳 酸酯的塑料聚合物。过氧化物也可以用作引发剂。烯丙基基团的存在允许聚合物形成交联。 ADC塑料是热固性聚合物。ADC塑料通常被用于眼镜镜片的制造中。商业实例是从依视路国 际公司可获得的0RMA?镜片。镜片的其他实例是硫代-聚氨酯镜片、甲基丙烯酸镜片、或其他 高折射率塑料镜片。
[0024]如在此使用的，"平光"镜片不具有用于矫正视力的光学屈光力。
[0025]如在此使用的，"透明的"是指具有对于可见光的全光谱的至少80%的透射率。
[0026]如在此使用的，"透射率"是在具体波长下或在光谱内透射光与被引导通过介质的 总光的比率。
[0027]如在此使用的，"雾度"是漫透射率除以总透射率的比率。
[0028]如在此使用的，"ASW"试验是指自动钢制毛料试验。在ASW试验中，涂覆 的镜片样品 通过Hazegard XL-211P1US仪进行测量以得到初始雾度值(雾度0)。该镜片的凸面使用自动 钢制毛料机在1200g的载荷下由钢制毛料(000级)摩擦5个循环其中一个循环是一个向前移 动和一个向后移动。该镜片再次通过该Hazegard XL-211P1US仪测量以得到刮擦后的雾度 值(雾度s)。该雾度越低，镜片的耐刮擦性越好。在将该镜片在室温(20°C-22°C，40%-50% 湿度）下保持5小时之后，该镜片再次通过该Hazegard XL-211Plus仪测量以得到最终的雾 度值(雾度hr)。该雾度越低，镜片的最终耐刮擦性越好。修复性能或水平，在此称为修复1，通 过以下方程式计算：（雾度S-雾度hr)/雾度S，其中结果表示为百分比。然后将该镜片浸入温 水中（在60°C下持续15分钟），并且，在用DI水清洗和吹气干燥之后，将该镜片再次通过该 Hazegard XL-211P1US仪测量以得到雾度值(雾度hw)。该雾度越低，镜片的最终耐刮擦性越 好。修复性能或水平，在此称为修复2,通过以下方程式计算：（雾度 s-雾度hw)/雾度s。结果表 示为百分比。
[0029] 在此呈现的是将胶体纳米颗粒材料和羟基P()SS_S材料中的至少一种，并且优选 二者引入到自修复、透明涂层中的方法。
[0030] 在此描述的改性的自修复涂层显示出相比未经改性的涂层更好的耐刮擦性亦或 修复性能。在涂层中存在胶体纳米颗粒和羟基POSS?的量的最佳组合，因为这些涂层的性 能在加入一定百分比的这两种材料之后降低。
[0031] 本发明的溶液、涂层、以及涂覆的光学制品包括自修复涂层，该自修复涂层由包含 至少一种聚碳酸酯多元醇、至少一种异氰酸酯或封端的异氰酸酯、至少一种溶剂、以及至少 一种表面活性剂的组合物形成。
[0032] 该聚碳酸酯多元醇是(优选饱和的）低聚物或多聚物或它们的混合物，该低聚物或 多聚物在其主链的每一端具有至少两个羟基官能团并且每个单体单元包含至少一个碳酸 酯官能团。实例包括聚(六亚甲基碳酸酯）乙二醇。
[0033]多异氰酸酯可包括封端的异氰酸酯基团。封端的异氰酸酯可以用作在涂覆过程中 的潜在的交联剂和/或粘合促进剂。适合的封端剂可以选自以下项：醇如甲醇，内酰胺如己 内酰胺、ε-己内酰胺（ε-Cap)，肟如丙酮肟，二异丙基胺，1，2,4_三唑，咪唑，甲乙酮肟 (ΜΕΚ0)，丙二酸二乙酯(DEM)，乙酰乙酸乙酯，吡唑如3,5_二甲基吡唑(DMP)，Ν-叔丁基苄胺、 环戊酮以及它们的混合物。
[0034]多异氰酸酯可以包括单个三官能多异氰酸酯或两种或更多种不同的三官能多异 氰酸酯的混合物，并且可以选自一种或多种多异氰酸酯如三异氰酸酯，包括异氰脲酸酯。合 适的三官能异氰酸酯包括，但不限于，异氟尔酮二异氰酸酯的三聚体、三异氰酸酯基壬烷、 三苯基甲烷三异氰酸酯、1，3，5-苯三异氰酸酯、2，4，6-甲苯三异氰酸酯、三羟甲基和四甲基 二甲苯二异氰酸酯的加合物（由氰特工业公司（Cytec Industries，Inc .)以名称Cythane 3160出售），Desmodur? N 3300(八亚甲基二异氛fe醋的异氛脈fe醋），以及Uesmodur、1' Z 4470(异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体），二者可购自拜耳公司(Bayer Corporation)。具体使 用的多异氰酸酯是环状的异氰酸酯，具体地，二异氰酸酯如六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔 酮二异氰酸酯的异氰脲酸酯。
[0035] 在此描述的异氰酸酯可以是直链的脂肪族异氰酸酯、脂环族异氰酸酯、或芳烷基 或烷芳基异氰酸酯。在一个示例性实施例中，异氰酸酯可以是饱和的异氰酸酯。具体的实例 包括亚己基二异氰酸酯(HDI)、八亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、2,2,4_或2,4， 4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、十二烷二异氰酸酯、1，4_二异氰基丁烷、4,4'_二异氰酸基 环己基甲烷(HDMI)、甲基亚环己基二异氰酸酯(HTDI)、异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)、l，6-二 异氰酸基己烷(HDI)、1，3-和1，4_双异氰酸基甲基环己烷、它们的二聚体和三聚体（如HDI 和/或IPDI的脲二酮(uretdione)和HDI缩二脲）、以及它们的混合物。
[0036] 在此描述的溶剂可以选自二醇醚类型，即选自二醇的烷基醚、它们的酯、以及其混 合物，包括丙二醇甲醚乙酸酯。该溶剂可以表示用于形成自修复涂层的组合物的重量的从 约20wt% 至约70wt%。
[0037] 在此描述的表面活性剂可以选自聚醚改性的硅氧烷(尤其是聚二甲基硅氧烷），单 独使用或在溶剂中使用，如由毕克公司(BYK)销售的那些。该表面活性剂可以表示用于形成 自修复涂层的组合物的重量的从约0.05wt%至约1 .Owt%，优选从约0. lwt%至约0.3wt%。 [0038]在此描述的自修复涂层可以具有在23°C下小于1500Mpa的存储模量和/或包括在 从约20°C至约70°C范围内的玻璃化转变温度。在此描述的自修复涂层的厚度通常范围为从 约3μηι至约15μηι，例如从约7μηι至约14μηι。由于该自修复涂层，划痕可从根据本发明的光学制 品消除，或者在室温下或者通过将具有固化的且有刮痕的自修复涂层的光学制品浸入达到 在约50°C与约60°C之间的温度的水中持续1至60分钟，优选从10至20分钟，例如持续约15分 钟。
[0039] 实例
[0040] 为了有利于更好地理解本发明，给出了一些实施例的以下实例。以下实例决不应 被阅读为限制、或限定本发明的整个范围。
[0041] 引入胶体纳米颗粒
[0042]进行实验以通过物理共混将胶体纳米颗粒引入到透明的SHC溶液中。本发明中使 用的胶体纳米颗粒具有的平均粒度是在约5nm至约15nm的范围内。纳米颗粒可以是导电的、 不导电的、或半导电的。它们可以选自下组，该组由以下各项组成：导电金属氧化物颗粒，诸 如，但不限于，31520 3、31102、11'0^1'0(31102/31320 5)、？1'0(31102/?205)，和导电金属纳米颗粒，诸 如，但不限于，41!^8、〇!，以及其任何组合。可以使用不导电的纳米颗粒，诸如，但不限于， Ti02和Al2〇3、以及其任何组合。可替代地，可以使用半导电的纳米颗粒，诸如，但不限于， ZnO〇
[0043]在一个方面中，胶体纳米颗粒可以是无机纳米颗粒，这些无机纳米颗粒可以具有 的热导率是在此描述的任何溶液中使用的初始聚合物的热导率的至少十倍。更具体地，这 些无机纳米颗粒可以具有的热导率是比在此描述的任何溶液中使用的初始聚合物高至少 一百倍。
[0044]如从实例中将明显的是，胶体纳米颗粒Sb203和Sn02,当以足够的量加入时，显著增 加了涂层的自修复性能并且关于初始雾度和自修复后的雾度是令人满意的。因此，这些导 电金属氧化物是特别优选的。
[0045]使用的透明SHC溶液是改性的Revivance?涂覆溶液，一般被描述为由至少一种聚 碳酸酯多元醇、至少一种封端的多异氰酸酯、以及至少一种溶剂和表面活性剂组成。混合物 是通过以下方式制备的：将胶体Sn0 2纳米颗粒(ELCOM NE-1003PTV) (Sn02胶体，15wt %，来自 JGC C&C有限公司）、Sb2〇3纳米颗粒（ELCOM NE-1002SBV)(Sb2〇3胶体，19wt%，来自JGC C&C 有限公司）、或IT0纳米颗粒(ELCOM NE-10011 TV) (IT0胶体，20wt %，来自JGC C&C有限公司） 的分散体，溶剂(_D〇職η〇[email protected] PM，或丙二醇甲醚，从陶氏化学公司（Dow Chemi ca 1 Company)可 获得的）、和表面活性剂(ΒΥΚ?'341,用于溶剂型和水性涂覆体系的硅酮表面添加剂，由聚 醚改性的聚二甲基硅氧烷的溶液组成，从美国毕克公司（BYK USA，Inc.)可获得的）添加到 自修复涂覆溶液中。在此描述的所有导电纳米颗粒是直径为l〇_15nm，但是可以使用其他尺 寸范围。ELC0M NE 1002SBV和ELC0M NE 1003PTV是与这些自修复溶 液相容的。
[0046] 引入导电Sb2〇3纳米颗粒
[0047]在此实验中，混合物是通过将胶体Sb203纳米颗粒的分散体（"SBV"）添加到自修复 改性的Revivance?溶液中制备的。
[0048] 六种涂覆溶液，S1-S6，是通过将不同量的Sb203胶体溶液、溶剂(Dowand?PM)和 表面活性剂(BYKD-341)添加到SHC溶液中制备的。所得的溶液，S1-S6，是以约45wt %的 固体含量制备的。SHC参比溶液R也是以约45wt%的固体含量制备的。类似的涂层厚度被用 于参比(R)和S1-S6溶液。
[0049] 在S1-S6的干涂层中SBV纳米颗粒的固体百分比分别被计算为2.0wt%、3.9wt%、 5 · 7wt %、7 · 6wt %、9 · 3wt %和11 · Owt %。在S1-S6的干涂层中SBV胶体的对应的体积百分比 分别被计算为〇· 5vol %、1 ·Ovol %、1 ·5vol %、2·Ovol%、2 · 5vol %和3·Ovol%，其中SHC(R) 和SBV纳米颗粒的密度被认为是1.3g/cm3和5.2g/cm 3。下表1表明所测试溶液的组分。
[0050]
[0051 ] 涂层是通过旋涂法在裸露的、平光Orma?镜片上以600rpm(10s)/1000rpm(5s)的速 度达到目标厚度(约5μπι至约7μπι的干涂层，更优选7μπι)，并且然后在126°C下在常规烘箱中 固化3小时制备的。
[0052]在ASW试验后S1-S6涂层的刮擦和修复性能列于以下表2中。
[0053]
[0054]试验结果示出所有涂层的最终耐刮擦性通过添加 SBV纳米颗粒得以改善，尤其是 S4涂层，在SHC中具有2. Ovol %或7.6wt %的SBV纳米颗粒，其在所有测试的涂层之中表现出 最低的刮擦后雾度和最终雾度。相比参比涂层R(4.95%的雾度;在温水中44%的修复），S4 涂层示出更好的耐刮擦性(2.92 %的雾度)和更好的修复性能(在温水中57 % )。S3涂层也被 认为是良好的SHC。
[0055] 添加导电Sn〇2纳米颗粒
[0056] 用Sn02的导电纳米颗粒，呈Sn02胶体溶液的形式，ELCOM NE 1003?1^(叩17"），添 加到SHC溶液中进行类似的试验方案。
[0057] 五种涂覆溶液，P1 - P 5，通过将P T V溶液、溶剂（Do麻anol? P Μ)和表面活性剂 (ΒΥΚ?-341)添加到自修复溶液中制备。溶液Ρ1-Ρ5是以约45wt %的固体含量制备的。在 P1-P5的干涂层中Sn〇2纳米颗粒的固体百分比分别被计算为1. lwt%、2. lwt%、2.6wt%、 3.9wt %、和5. lwt %。如果参比涂层R和Sn02纳米颗粒的密度被认为是1.3g/cm3和5.2g/cm 3， 则在P1-P5的干涂层中Sn〇2纳米颗粒的对应的体积百分比分别被计算为0.2vol %、 0 · 4vol %、0·5νο1%、0·8νο1% 和l.Ovol%。出于与SBV涂层比较的目的，对0 · 5vol % 和 1. Ovol %的涂层进行测试，如下表3中所指出。
[0058]
[0059] 在ASW试验后P1-P5涂层的刮擦和修复性能列于以下表4中。
[0060]
[0061] 试验结果示出P1-P5涂层的最终耐刮擦性通过添加 Sn02纳米颗粒得以改善。P2涂 层，在SHC中具有0.4vol %和2. lwt%的Sn02纳米颗粒，表现出最低的刮擦后雾度和最终雾 度，表明相比R涂层(5.30 %的雾度;在室温下41 %的修复)更好的耐刮擦性（1.46 %的雾度） 和更好的修复性能(在室温下61 % )。
[0062] 引入羟基:P:〇SS?'
[0063] 在实验中使用的自修复涂层是基于聚氨酯(PU)化学，并且通常被描述为具有单体 (包括二醇或多元醇、以及封端的多异氰酸酯）。
[0064] 加入POSS_s-多元醇（在交联聚合物的主链上的P0SS硬链段）
[0005] 此实验对由以下项组成的涂覆溶液进行测试:从Hybrid Plastics有限公司可获 得的POSS?-多元醇（POSS?.是指多面体低聚倍半硅氧烷，即呈八(3-羟基-3-甲基丁基 二甲基硅氧烷）POSS㊣（AL0136)的形式或P0SS衍生物。在此描述的P0SS衍生物还可以是 巯基-P0SS，其中该巯基P0SS选自下组，该组由以下各项组成:P0SS-二硫醇、P0SS-三硫醇、 P 0 S S -多硫醇。五种涂覆溶液A1 - A 5是通过分别将不同量的P() S S?-多元醇、溶剂（ Dowanol? PM)和表面活性剂(BYK?-341)添加到自修复溶液中制备的。所得溶液是以约 4 5 w t %的固体含量制备的。在A1 - A 5的干涂层中POSS?-多元醇的含量分别被计算为 1 · Owt %、2 · Owt %、3 · Owt %、4 · 5wt % 和6 · Owt %，如下表5 中所描述。
[0066]-
[0067] 涂层是使用与以上所述的相同的方法制备的。在ASW试验中前三个涂层体系的刮 擦和修复性能列于以下表6中。
[0068]
[0069] 当FOSS?-多元醇低于4.5wt%时所有涂层示出稍微改善的耐刮擦性和一定修复 水平，导致较低的最终刮擦雾度。然而，当POSS?-多元醇高于4.5wt%时，刮擦雾度朝向 初始的刮擦后雾度水平返回回来。
[0070] 加入POSS?-二醇（在所得聚合物的侧链上的P0SS硬链段）
[0071] 此实验对由以下项组成的涂覆溶液进行测试:从Hybrid Plastics有限公司可获 得的POSS?-二醇，即呈1，2_丙二醇异丁基POSS? (AL0130)的形式。四种涂覆溶液，A6-A9，是通过分别将不同量的POSS?-二醇、溶剂（D〇wano:l:?PM)、溶剂(THF)和表面活性剂 (BYK?-341)添加到自修复溶液中制备的。所得溶液是以约45wt %的固体含量制备的。在 A6-A9的干涂层中POSS?-二醇的含量分别被计算为1 .〇wt%、2.0wt%、3.0wt%和 4 · 5wt %。POSS?-二醇的当量重量(每〇H基团）是475g/mo 1，而POSS?-多元醇（ALO136) 的当量重量是213g/mo 1。为了比较，涂层A7或A9，具有2 · Owt %或4 · 5wt %的POSS?-二醇 含量，对应于与涂层A1或A2,具有l.Owt%或2.0wt%的POSS?-多元醇（AL01 36)含量(A1: 0.001摩尔的0H;A2:0.002摩尔在POSS?中的0H)类似的官能团（0H)摩尔比，如以下表7中 所描述。
[0072]
[0073] 涂层是使用以上描述的相同的方法制备的。在ASW试验中前三个涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。最后的涂层，A9，示出高的初始雾度，2.37%，未进行刮擦和修复试 验，如表8中所述。
[0074]
[0075]三个涂层示出相比参比涂层R更低的刮擦后雾度和稍微更好的修复，这导致更低 的最终雾度，同时这些涂层在室温下保持类似的修复水平。对于涂层A1和A7,具有类似的官 能团(0H)摩尔比，A1比A7表现更好，显示了更低的最终雾度和改善的修复水平。
[0076] 引入导电纳米颗粒和羟基P0SS
[0077] 通过将SBV胶体溶液租POSS⑧-多元醇（AL0136)添加到稀释的SCH溶液中进行实 验。没有对PTV胶体溶液进行测试。此外，POSS?-二醇（AL0130)当混合到SHC溶液中时与 SBV胶体溶液不相容，引起沉淀。
[0078] 在干SHC中呈7 · 6wt%的Sb2〇3纳米颗粒和呈2 · Owt%或3 · Owt%的POSS?-多元醇
[0079] 两种涂覆溶液，SA1和SA2，是通过分别将溶剂（Dowaiiol? PM)和表面活性剂 (BYK?-341)添加到SHC溶液中，同 时保持Sb2〇3纳米颗粒处在一个浓度下并且改变 POSS?-多无醇的重量百分比制备的。在SA1和SA2的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固体百分 比被计算为7.6wt % (对应于在前面的试验中最好的涂层性能）。在这两个涂层中 POSS?-多元醇的重量百分比分别是2.0wt%和3.0wt%，如表9中所描述。
[0080]
[0081] 涂层是使用以上描述的相同的方法制备的。在ASW试验中这两个涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。SA1涂层显示出改善的耐刮擦性和修复水平，导致比S4、A2和A3涂 层(>2.67%)更低的最终刮擦雾度(2.12%)，如表10中所描述。
[0082]
[0083] 在干SHC中呈6 · lwt%的Sb2〇3纳米颗粒和呈2 · Owt%或3 · Owt%的POSS.多元醇 [0084] 三种涂覆溶液，S3.5、SA3和SA4，如下所示制备。在S3.5、SA3和SA4的干涂层中Sb2〇3 纳米颗粒的固体百分比被计算为6. lwt%。在这些涂层中POSS?-多元醇的重量百分比是 2.0界1:%和3.〇￥1:%，如表11中所描述。
[0085]
[0087] 涂层是使用与以上所述的相同的方法制备的。在ASW试验中三种涂层体系的刮擦 和修复性能在以下列出。SA4涂层显示出改善的耐刮擦性和修复水平，导致比涂层S3.5、A2 和A3(>2.67%)更低的最终刮擦雾度（1.66%)，如表12中所描述。
[0088]
[0089] 在此使用的两种类型的导电纳米颗粒和POSS?-多元醇与SHC溶液相容。没有展 现出雾度问题，因为所有的涂覆组合物显示出低雾度，〈0.2%。含有POSS?-二醇的涂层显 示出高雾度，可能是由于它的疏水性和在聚合涂层中引起的相分离。如果雾度不是问题，则 具有4.5wt %的POSS?-二醇的涂层可示出甚至更好的耐刮擦性和修复。
[0090] 导电纳米颗粒对组合物的影响表现为增加的耐刮擦性和自修复水平。具体地，使 用在特定范围（例如，对于Sb2〇3,约2.0wt%至约11 .Owt%，或约3.9wt%至约9.3wt%，或约 5 · Owt % 至约8 · 5wt % ;对于Sn〇2，约1 · lwt % 至约5 · lwt %，或约2 · Owt % 至约4 · Owt % )内的 纳米颗粒看到改善。
[0091 ] 羟基POSS? (可以是P0SS衍生物)对组合物的影响表现为改善的耐刮擦性和自修 复水平。具体地，当羟基POSS?是以特定范围（例如，对于POSS?-多元醇，约1. 〇wt %至 约6 · Owt % 或约 1 · Owt % 至约4 · 5wt % 或约 1 · 5wt % 至约5 · Owt % 或约 1 · 5wt % 至约3 · 5wt% ; 对于P()SS?-二醇.，约1 · Owt %至约4 · 5wt %或约1 · Owt %至约3 · Owt % )使用时，看到改善。
[0092] 在组合物中观察到导电纳米颗粒和羟基POSS?之间的协同作用，改善了耐刮擦 性和修复水平二者。当导电纳米颗粒和羟基POSS?以特定范围（例如，在sA1涂层中约 7 · 6wt %的Sb2〇3和约2 · Owt %的POSS?-多元醇或在SA4涂层中约6 · lwt %的Sb2〇3和约 3.0wt%的POSS?-多元醇)使用时，看到改善。一些实例没有显示出协同作用(SA2)。
[0093] 本发明完全适合于获得所提及的目的和优势以及本发明固有的那些目的和优势。 以上披露的具体实施例仅是说明性的，因为本发明可以按受益于在此传授内容的本领域技 术人员显而易知的不同但是等效的方式来修改和实践。因此明显的是以上披露的具体说明 性实施例可以改变或修改并且所有此类变化被认为在本发明的范围内。应理解除非另外明 确说明，否则以上实施例中的一个或多个可以与其他实施例中的一个或多个组合。
[0094] 根据所披露的要素或步骤的各种要素或步骤能够以要素或步骤顺序的不同组合 或子组合来有利地组合或一起实践以便增加可以从本发明获得的效率和益处。
[0095] 在此适当地说明性地披露的本发明可以在缺少未具体披露或要求的任何要素或 步骤的情况下实践。此外，不意图限制在此所示的构造、组成、设计或步骤的细节，除如以下 权利要求书中描述的以外。
【主权项】
1. 一种方法，该方法包括以下步骤： 混合以下项 自修复涂覆溶液； 胶体纳米颗粒的分散体；以及 溶剂或表面活性剂中的至少一种 以获得组合物，其中该组合物能够被固化成对于可见光是透明的涂层。2. 如权利要求1所述的方法，其中该胶体纳米颗粒的分散体选自下组，该组由以下各项 组成：3匕2〇3、311〇2、11'0、厶1'0(511〇2/3匕2〇5)、？1'0(511〇2/?2〇5)、11〇2、211〇、厶12〇3、厶11、厶8、〇1、以及其 任何组合。3. 如权利要求1-2所述的方法，其中该混合步骤进一步包括将由POSS或POSS衍生物组 成的组中的至少一种混合到该溶液中。4. 如权利要求3所述的方法，其中该POSS衍生物是羟基POSS，并且其中该羟基POSS选自 下组，该组由以下各项组成:POSS-二醇、POSS-三醇、POSS-多元醇、以及其任何组合。5. 如权利要求3所述的方法，其中该POSS衍生物是巯基-POSS，并且其中该巯基-POSS选 自下组，该组由以下各项组成:POSS-二硫醇、POSS-三硫醇、POSS-多硫醇、以及其任何组合。6. 如权利要求1-5所述的方法，其中该自修复涂覆溶液是组合物，该组合物包含至少两 种聚碳酸酯多元醇、和至少一种封端的异氰酸酯。7. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固 体百分比是在约2.Owt%至约11.Owt%的范围内。8. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sb2〇3纳米颗粒的固 体百分比是在约5.Owt%至约8.5wt%的范围内。9. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sn02纳米颗粒的固体 百分比是在约1.lwt%至约5.lwt%的范围内。10. 如权利要求2-6所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中Sn02纳米颗粒的固 体百分比是在约2.Owt%至约4.Owt%的范围内。11. 如权利要求4-10所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中POSS-多元醇的固 体百分比是在约1 .〇wt%至约6.0wt%的范围内。12. 如权利要求4-10所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中POSS-多元醇的固 体百分比是在约1.5wt%至约3.5wt%的范围内。13. 如权利要求2-12所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中的固体百分比： 对于Sb2〇3纳米颗粒，是在约2.0wt%至约11 .Owt%的范围内；并且 对于POSS-多元醇，是在约1.Owt%至约6.Owt%的范围内。14. 如权利要求2-12所述的方法，其中在由该组合物形成的干涂层中的固体百分比： 对于Sb2〇3纳米颗粒，是在约5.Owt%至约8.5wt%的范围内；并且 对于POSS-多元醇，是在约1.5wt%至约3.5wt%的范围内。15. 如权利要求1-14所述的方法，其中该方法进一步包括用该组合物涂覆眼科镜片。
【专利摘要】在此呈现了一种方法，该方法涉及将自修复涂覆溶液、胶体纳米颗粒的分散体、以及溶剂或表面活性剂中的至少一种混合，以得到组合物，其中该组合物能够被固化成对于可见光是透明的涂层。在此还呈现了通过这种方法获得的眼科镜片产品。
【IPC分类】C09D7/12, G02B1/14, C09D5/00, C09D175/04
【公开号】CN105492546
【申请号】CN201380079320
【发明人】郑海鹏
【申请人】埃西勒国际通用光学公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2013年9月3日
【公告号】EP3041906A1, WO2015033183A1
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