專利名稱：為減少透鏡空洞缺陷在制作隱形眼鏡半成品時暫時潤濕透鏡模具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在制作隱形眼鏡半成品過程中減少缺陷和提高成品率的方法。更為具體地說，提供了測量的方法，以控制和減少周知的透鏡空洞這類的透鏡半成品缺陷。
在今天，由親水性水凝膠聚合材料制備隱形眼鏡已是公知的技術(shù)，并且在自動化的制造工廠被大批量商品化地生產(chǎn)出來。由于這些制品將要直接接觸眼睛，因此，加工需格外仔細，以符合嚴格的質(zhì)量控制標準，這將可能造成較高的廢品率，并對其生產(chǎn)經(jīng)濟效率產(chǎn)生不利影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是控制和減少透鏡半成品的缺陷，具體如透鏡空洞。另外，其目的還在于提出了一種方法，它可以用于高速自動化生產(chǎn)過程，可改善由于透鏡空洞所致廢品對成品率的不利影響。其進一步的目的是提供用減少在注入操作中及由于形成透鏡半成品的反應(yīng)單體混合物不均勻分布而造成透鏡空洞缺陷的裝置。還有一個目的是提供一種使凸或后曲面模具上和附近的反應(yīng)單體混合物均勻分布的方法。最后一個目的是，暫時或瞬時地改造和構(gòu)造出一個模具表面相對均勻的表面能，而不使模具表面產(chǎn)生永久的改變。
制作水凝膠隱形眼鏡的方法早已公開在文獻中了。首先在充填工位將形成水凝膠隱形眼鏡的反應(yīng)單體混合物(RMM)置于由諸如聚苯乙烯等疏水性聚合物構(gòu)成的凹或前曲面模具中，而后，用一個凸或后曲面模具與前曲面模具大致嚙合，以在其間形成和定形出透鏡半成品。接著，由前曲面模具/RMM/后曲面模具組成的機械組合件，被傳送通過具有固化RMM條件的紫外固化通道中。然后，與模具形狀對應(yīng)的固化后的透鏡半成品，經(jīng)脫去后曲面模具而被分離出來。固化的透鏡/前曲面模具的組合件再被送出，通過瀝濾與水合罐，從而制出隱形眼鏡。
構(gòu)成全部制作方法的連續(xù)過程實現(xiàn)了一個透鏡模制循環(huán)，包括形成凹和凸透鏡模具的第一第二注模工位，還包括一條傳輸線，在其上凹和凸透鏡部件可以逐個工段地通過；一個包含在氮氣環(huán)境中的封裝工段(“氮氣通道”)，被用來對分開或斷開的模具去氣；一個充填工段，用于向凹的半個模具中充填反應(yīng)單體混合物，凹模與凸模保持對準關(guān)系，最好在真空中保持模制關(guān)系地相互嚙合，用紫外光將所述反應(yīng)單體混合物預(yù)固化成凝膠態(tài)；及一個固化工段，在其中完成固化并脫模，制備出完全的透鏡半成品。整個過程，被傳輸裝置連成一體，通常是一或多個傳送帶，在其上按操作順序于傳遞穿過所述工段或工位的過程中，使透鏡模具被組裝、排列或相互分離。為了方便起見，透鏡模具，處理工位和所用的自動化的材料轉(zhuǎn)移設(shè)備被等間隔地放置于小型載盤(例如鑄鋁、不銹鋼等材料制成的)內(nèi)或上，該盤能容納許多(如8個)規(guī)則排列于其上的模具。所有傳送帶或通道均處于氮氣或惰性氣體環(huán)境中。
在更相關(guān)的細部中，帶有用于同凸或后曲面模具相嚙合的圓環(huán)或凸緣、并對應(yīng)于光學模制表面的凹或前曲面模具，被傳送通過模具壓緊工位，在其中模具的環(huán)形凸緣部分被表面活性劑材料處理過，而模具的光學表面則沒有；隨后模具被充填，有時反應(yīng)單體混合物會從其中溢出，前曲面模具保持匹配地與凸或后曲面模具嚙合，(其光學表面通常不被處理)；其中包括有被模制的RMM的成雙重疊著的模具組件被送至固化工段，并隨后到第一脫模工位，在此模具被分開。由于前曲面模具的環(huán)形凸緣上有表面活性劑提供的便利條件，所以多余的材料與固化后透鏡半成品的其余部分是分開的，并留在凸或后曲面模具上；而透鏡光學部分留在了前曲面模具中，通過適當?shù)臋C械裝置可以將其上多余廢料從后曲面模具中除去，而帶有無多余邊緣材料的透鏡半成品的前曲面模具被送至瀝濾與水合工位，最后是脫模，收集隱形眼鏡及裝運。
如

圖1和2所示，圖1流程中步驟101和102所示的澆注模具#1和#2，分別是前曲面后曲面模具部分；它們可如圖2所示縱向排列放置，或為了縮短暴露在大氣中的時間，它們還可以放置在與分叉的傳輸線相交的公共平面內(nèi)，甚至兩者可在一個與傳輸線相垂直的同一平面內(nèi)。
自動裝置103，104設(shè)置在模具對準和嚙合工位，以接受凹和凸的透鏡模具，并分別將所說的模具部件以高的生產(chǎn)循環(huán)速度傳遞到低氧環(huán)境中，如步驟105所示。
如圖1中106所示，在下述的一半透鏡模具被完全去氣的過程中，當透鏡模具被封閉在饋送器內(nèi)時，包含著凹凸兩半透鏡模具的載盤相互分離并去氣，以便由自動化設(shè)備將它們置于嚙合狀態(tài)。
包含模具分離工位40的后續(xù)傳送器32被封閉起來，并用惰性氣體，通常為氮氣，沿其整個長度加壓。氮氣的量沒有限制，適于根據(jù)實際操作經(jīng)驗采用恰好用量的氮氣壓，以有效地去除大氣。如圖1步驟106所示，在圍繞著后續(xù)傳送器32的氮氣通道中，新制備的透鏡模具坯料被去氣。
在步驟107中將反應(yīng)單體混合物充填到凹透鏡模具中，且凹和凸的透鏡模具被重疊并壓緊成嚙合模制狀態(tài)。充填與裝配工段50圍著一部分運載或傳輸機構(gòu)32，以將模具送達該工段的凹凸透鏡模具到環(huán)形載盤的部分，且在成對充填過的模具環(huán)形載盤的終點進入預(yù)固化工段。圖2中的標號50所示的充填與裝配工段，由具有合適幾何形狀的透明罩限定出來，通常是矩形截面的，并由任意一種合適的熱塑性材料或金屬與熱塑性材料形成。
如圖1中107所示，凹的透鏡模具充填有來自步驟108的去氣單體混合物，然后再被傳送到一個可選擇地帶有周期性通入氮氣的真空腔的裝配程序中，在其中充填好的凹透鏡模與凸模垂直對準且相配合地嚙合在一起，從而使反應(yīng)單體混合物被包在相對模具的光學表面之間，并由每個透鏡模具周邊形成的分割邊沿的嚙合被至少部分地封住。完事之后就離開真空腔。然后嚙合地相模具就穿過氮氣到預(yù)固化工位，這整個在氮氣通道中。
模具部件裝配好之后，在本發(fā)明預(yù)固化程序60中的步驟109，原始的透鏡單體被預(yù)固化。預(yù)固化的過程包括夾住相互重疊的兩半模具，然后將單體或單體混合物預(yù)固化為凝膠態(tài)。
預(yù)固化之后，在步驟110所示的固化通道75中用輻射的方法使單體或單體混合物完成聚合過程。
在固化工段(75)中，單體/稀釋劑混合物再在紫外爐中固化，從而完成單體聚合過程。這種可見或紫外光化學輻射的輻照使聚合物/溶劑混合物變成最終所需水凝膠的形狀。此外，固化工段還有一個加熱源，它用于將可聚合混合物的溫度提高到足以幫助聚合反應(yīng)制備的程度，并防止可聚合混合物暴露于紫外輻射期間有收縮的傾向。
在聚合反應(yīng)過程完成之后，兩半模具在脫模步驟中被分離，隱形眼鏡留在了隨后將脫去的第一或前曲面的半個模具10中。應(yīng)該說明，前后曲面模具用于模制單一透鏡，且被單獨一并處置或報廢。
對后曲面透鏡模具加熱，使受熱模的聚合物相對于較冷的透鏡聚合物有不同的膨脹，這使透鏡聚合物的一個表面相對另一個有位移。產(chǎn)生的剪切力將打破聚合的透鏡/聚合物模具的粘附關(guān)系，并幫助該模具部分的脫離。不同模具表面間的溫度梯度越大，剪切力越大，越便于脫模。當溫度梯度最大時效果最好。隨時間的持續(xù)，熱從后模具部分傳導(dǎo)到透鏡聚合物和前模具部分中，再進入周圍環(huán)境中，而被損失掉。所以，被加熱的模具部件要迅速地除去，使傳送到聚合物透鏡的能量很少，防止透鏡發(fā)生熱解的可能。加熱工藝可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的，如蒸汽，激光等等。
如果加熱步驟是用熱空氣或蒸汽，則在加熱步驟之后，后曲面將被從模具組件的前曲面模具上撬起，如步驟111所示的。如果相反地，加熱采用的是激光或紅外，則無需撬動，后曲面會自動與前曲面分離。
模具分離裝置90的脫模組件逐一將每個隱形眼鏡模具的后曲面一半模具30與前曲面一半的模具10撬開，以使透鏡模具中的每個隱形眼鏡暴露并傳輸?shù)剿瞎の贿M行透鏡的水合。撬動過程要在嚴格控制下進行，使后曲面半個模具30在不損害透鏡模具中成形透鏡完整性的情況下與前曲面一半的模具分離。
在模具組件在脫模裝置90中分離開之后，每個載著帶有暴露且聚合的隱形眼鏡的前曲面一半模具的載盤，再被送至水合工位，以完成水合并從前曲面透鏡模具中脫出，檢驗并包裝，如步驟112所示。
在高速大批量制作透鏡的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，少量的缺陷就能嚴重影響產(chǎn)量，且對生產(chǎn)的經(jīng)濟效率產(chǎn)生影響。尤其是在采用自動化生產(chǎn)設(shè)備的情況下，個別透鏡的缺陷能導(dǎo)致大量透鏡的損失，例如與通過集成的載盤或托架從一個加工工位傳送到另一個的過程有關(guān)的缺陷。
透鏡缺陷可由多種原因引起，包括加工設(shè)備單純未對準，但由于后者可通過工程調(diào)整被迅速校正，因此主要問題集中在用反應(yīng)單體混合物(RMM)充填和其固化步驟過程中形成的空洞和小坑。
透鏡空洞包含空白之意，即沒有單體化合物的區(qū)域，凹口即厚度不均勻的區(qū)域，及其他類似的均勻度問題，如不平整的邊沿，當兩半個模具合起來時反應(yīng)單體混合物在凸的后曲面模具表面上擴散的充分性決定著邊沿平整性。
小坑，另一種透鏡缺陷，通常沿著透鏡邊沿隨機或呈樹形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，這是在固化過程中產(chǎn)生的，并與凹的或前曲面模具有關(guān)。
高速攝影表明在充填操作時RMM前面的彎月液面在凸或后曲面模具上的擴散過程中形成了透鏡空洞。但是，這種缺陷的出現(xiàn)明顯地雜亂無章，尤其對同樣設(shè)備上用同樣的方法生產(chǎn)出合格透鏡的量而言，更是如此。從宏觀上看，RMM已經(jīng)很好地潤濕了聚苯乙烯模具的表壁。
但是，基礎(chǔ)研究(根據(jù)R.H.Dettre與R.E.JohnsonJr.在《J.Phys.Chem.》68，1507(1096)和《Surface and Colloid Science》中E.Matijevic編輯的Wiley-Interscience出版NY1969，161.2 PP.85及S.P.Wesson在《TRI Progress Report#49》紡織研究院，Princeton N.J.8月23，1992中所報告的工作)顯示由諸如聚苯乙烯等疏水聚合物形成的模具表面是一個具小部分高表面能區(qū)域的低能非均勻表面。這符合為了注入模制目的而制備模制樹脂，使之含有包括脫模劑在內(nèi)的某些添加劑的情況，脫模劑可以在模具表面上提供高能區(qū)。
因此，在模制過程中，尤其是模型與RMM接觸，并且是與凸模上展開的RMM彎月液面相接觸過程中，在動態(tài)形成透鏡的情況下，需要改進凸或后曲面模具與反應(yīng)單體混合物間界面處表面活性。尤其是模制期間凸模高能表面區(qū)域擴大時更需如此。
為了實現(xiàn)高速大批量地生產(chǎn)這種模制的親水性隱形眼鏡，已經(jīng)研制適用于載盤式模具結(jié)構(gòu)的兩分模具；如Larsen的US.4,640,489所公開的，以及Larsen等人的US.4,680,336和US.5,039,459公開的，形成諸如親水性隱形眼鏡等定形的聚合的水凝膠制品。
按照Druskis等人的US.5,264,161所提出的，完成隱形眼鏡模制過程后，從粘附的模具表面脫下親水性隱形眼鏡的工作可很方便或很輕松。在該例中，溶液形式的表面活性劑被引入一個用于模制親水性聚合物構(gòu)件或隱形眼鏡的模具腔室內(nèi)的水合槽中。以不超過10wt％的濃度，分散到水合槽中的表面活性劑，有助于從粘附接觸著模具表面上脫開要被分離的透鏡，這種表面活性劑的作用是降低水或液體的表面張力特性，從而降低所含組份間的粘附度，其一方面是隱形眼鏡而另一方面是模制期間變粘的模具表面。在本專利申請中公開了多種表面活性劑，如聚合物的表面活性劑包括聚氧乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯，它尤其適合從塑料構(gòu)成的粘性模具表面上無損傷地脫下任何親水性聚合物制品。美國專利US.4,159,292公開了采用硅氧烷蠟，硬脂酸和礦物油作為塑料模具組合物的添加劑，以使隱形眼鏡更好地從塑料模具中脫下。
在制造水凝膠隱形眼鏡時，用涂于表面的表面活性劑作為脫膜劑，由Kindt Larsen等人的美國專利US.5,542,978公開出來。在該專利中，表面活性劑薄膜或膜，如Tween80，由模壓頭涂于形成隱形眼鏡用的向前彎曲模具部分的邊緣表面區(qū)域上，便于透鏡在脫模時，與充填過程中溢出模外周邊區(qū)域的RMM材料完全或部分地分離開。在該申請中，在模具用于限定透鏡光學面的部分，沒有涂上表面活性材料。
在這些例子中，基本的構(gòu)思是針對由隱形眼鏡粘到一或另一個模具表面而引起的物理方面的困難，或者說是針對有效處理充填過程中溢流RMM所致廢料而產(chǎn)生的。在自動化操作過程中，確保模具組件，廢料，隱形眼鏡產(chǎn)品都能彼此均勻可靠地分離，是很重要的。于是，工作重點主要集中在充填之后的脫模步驟，其中，要考慮的是確保凹凸模具相對于隱形眼鏡半成品與廢料部分的適度移動，即使產(chǎn)品邊緣緊挨著模具邊緣也是一樣。在優(yōu)選的制作實例中，當從模制狀態(tài)下進行機械分離時，隱形眼鏡被保持在向前彎曲或凹的模具中；同時周邊的廢料部分與其邊緣相脫離，并被保持在凸模組件上。這第一次脫模與固化、水合后的隱形眼鏡從向前彎曲模具中分離出來的第二脫模，形成對照。當然，每個脫模操作有不同的條件和目的。
全部問題歸結(jié)為，必須控制凸模表面與RMM的潤濕性，以盡量減少透鏡的空洞缺陷。模具表面的脫模特性與潤濕現(xiàn)象不呈現(xiàn)線性增加關(guān)系，尤其是RMM分子式的潛在組分構(gòu)成發(fā)生變化和環(huán)境條件發(fā)生變化時。而且，一方面通過裝入如硬脂酸鋅等用于獲得與RMM界面潤濕性的制劑而被改進了表面的模具，能隨時提供一個特殊的表面能級，而且再次使用時會降低，這種再次使用是一種當內(nèi)部潤滑劑流盡時的超期使用。而且，潤濕和脫?，F(xiàn)象包含著根本不同的條件，比如模具表面的半永久性改變，可以對潤濕性產(chǎn)生有利的影響。但是對脫膜卻不利。
因此，需要以更為靈活和敏感的方式滿足模具/RMM界面的潤濕性，并同時考慮制作過程的環(huán)境條件和其他動態(tài)因素，如生產(chǎn)流水線的速度，及模具潤濕與脫模的時間等等。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在高速自動化生產(chǎn)的條件下，通過瞬時改變具有強化的更適當?shù)母吣鼙砻鎱^(qū)，而便于RMM在模具表面上的潤濕與擴散，可以簡便地控制模具表面臨界特性，以使透鏡空洞缺陷最少。
本發(fā)明旨在提出一種從反應(yīng)單體混合物模制親水性水凝膠隱形眼鏡的改進的方法，其中相配的凹凸模具面對置成模制狀態(tài)，在其之間形成一個腔室，容納反應(yīng)單體混合物，以形成隱形眼鏡半成品，其改進之處包括瞬時涂覆一種制劑來處理所述模具面中的至少一個面，以便于反應(yīng)單體混合物與所述模具面潤濕，進而減少所述隱形眼鏡半成品中的透鏡空洞缺陷和/或小坑缺陷更確切地講，疏水的模具光學表面可以用一種可除去的表面制劑在其上形成一個瞬時均勻的涂層，以改進RMM/模具界面的轉(zhuǎn)移效率，為的是隨后在模制過程中使RMM向前彎曲的液面與該模具表面涂層相潤濕。重要的是，要在每個模制的過程中，這些表面在與RMM保持匹配關(guān)系的狀態(tài)下嚙合幾微秒。實際上，所給的有一定粘性的RMM材料，和不能被RMM很好潤濕的一些可見的模具區(qū)域，將在RMM向模具的確定表面上和范圍內(nèi)的不斷擴散過程中，并不至于形成缺陷。
通過給出每小時可循環(huán)重復(fù)使用上千次的模具，在多數(shù)情況下都有效的內(nèi)部潤滑劑，如硬酯酸鋅，不必在用來提供高速度和在不同環(huán)境條件下始終控制表面特性；由具有瞬時特性表面的涂層提供的表面特性周期性調(diào)制，為高質(zhì)量生產(chǎn)產(chǎn)品提供了操作上的優(yōu)勢和更強的可靠性，并且對環(huán)境條件的要求更靈活寬松。
更具體地講，已發(fā)現(xiàn)操作的環(huán)境條件，具體為相對濕度，和能夠影響模具接觸表面與親水性RMM的潤濕性，而且當沿著或鄰接著表面涂加時，所涂的表面活性劑或內(nèi)部潤滑劑能為減少透鏡空洞缺陷建立滿意的條件?？刂破渲辉谶m當條件下才發(fā)現(xiàn)變化，并能產(chǎn)生好效果。
如所周知的，相對濕度一般涉及空氣環(huán)境中的環(huán)境濕度條件，當然它會隨著生產(chǎn)的大環(huán)境中產(chǎn)生的加熱或空調(diào)條件而改變。在充填這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，該大環(huán)境本身可以受到控制，或通過至少部分地封閉一些操作環(huán)節(jié)而產(chǎn)生一個小環(huán)境。后者在使用表面活性劑作為減小濕度和/或減小表面能之用的情況下更為便利，而且過量化學試劑從封閉的操作環(huán)節(jié)露出，更易于很好地控制環(huán)境和進行循環(huán)。
總之，我們已知，在充填環(huán)節(jié)的區(qū)域中保持60％到80％的相對濕度，就可充分保證模具光學表面的表面條件，滿足RMM在模具具表面充分擴散，以減少透鏡的空洞缺陷。如果需要，這樣的條件可以通過噴涂或其他包含有比環(huán)境條件下更高相對濕度的蒸汽源來實現(xiàn)；或者這些環(huán)境條件本身，特別是環(huán)境溫度，可以如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式受到控制，而降低所需要的相對濕度。因此，當用電子加熱器使環(huán)境空氣調(diào)節(jié)到較高的相對濕度時，可以升高該操作環(huán)節(jié)的溫度。暫時或瞬時條件特性是指當與反應(yīng)單體混合物接觸時，潮濕的涂層可迅速地被吸收。
在隱形眼鏡半成品生產(chǎn)過程中減少透鏡空洞缺陷的另一方法是，通過涂覆一種表面活性劑到至少凸模的一個接觸面上，而使該模具受到預(yù)處理，比如噴涂，浸入或采用其他適用方法涂覆一表面活性劑，諸如適量溶于其溶劑載體(如水)的Tween80，所提供的濃度為0.05至5.0w/w％的表面活性劑。該預(yù)處理可在每次模具循環(huán)之前進行，或間歇地施行，以保證減少透鏡空洞缺陷所需的必要表面能。所施用的表面活性劑的量，還需要為確保本工位所要得到的透鏡很好地脫離凸模表面并在固化之后該透鏡脫離凹或前彎模具而采集的測量值之間的某種平衡，而進行調(diào)整。此外，模具材料可以包含添加劑，其中凹的或向前彎曲的模具可以由含有一種諸如硬脂酸鋅的調(diào)節(jié)劑的組合物形成，而凸的或向后彎曲的模具表面用本發(fā)明前面所述的表面活性劑作周期性處理。
按此方法，在高速自動化的批量試生產(chǎn)線上已經(jīng)顯示出，透鏡的空洞缺陷可以減少幾個百分點，從而在提高生產(chǎn)效率的同時大大降低了成本。
圖1是連續(xù)生產(chǎn)隱形眼鏡的流程圖，包括在低氧環(huán)境中進行模制，處理和處置模具和隱形眼鏡。
圖2是生產(chǎn)線系統(tǒng)的頂視平面圖。
圖3是透鏡空洞缺陷隨水潤濕力的增加而減少情況下的透鏡空洞缺陷(可見)％隨水潤濕力(mg)變化的函數(shù)曲線，而且其中還表示了適宜采用的水潤濕力一般大于70mg的潤濕劑。
根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)單體混合物，更具體講，是其前面的彎月液面，與凸或向后彎曲模具光學表面之間的界面張力受到控制，并通過校正和延長凸模接觸表面上代表著高表面能區(qū)的表面積而被減小。這是通過暫時或瞬時將表面改性劑涂覆于凸模光學表面上而實現(xiàn)的，其用量和特性要能使凸模表面上高表面能區(qū)面積總量增加，以改進RMM的潤濕性，并能影響兩個相配模具間表面能之差異，以克服分開兩個相配模具所需能量，從而對保留在前彎模具上的光學透鏡部分產(chǎn)生有利影響。
于是，按照本發(fā)明的方案適于考慮向前彎曲模具中和/上的表面特性，因為需要保證透鏡半成品在制作完成時整個從一個模具中脫下，通常(且如本文所述)是從凸模中脫下，從而使透鏡半成品保留在凹的前彎模具中進行預(yù)固化，并保持預(yù)聚合狀態(tài)通過靜置工位。因此，必須考慮，與涂于凸模表面上的表面改性劑的類型和用量相比，前彎曲凹模本身是否已做過預(yù)處理，它通常采用諸如硬脂酸鋅等內(nèi)部添加劑以改進模具表面特性。更為具體地講，以這種方式實施本發(fā)明，為的是確保，相對于一個模具表面的表面能保持特性使第二模具表面中某些效果的差異減小，從而協(xié)調(diào)制作過程中效果差異的程度。如前所述，應(yīng)理解，這種差異表現(xiàn)為有助于從凸表面上脫離開，因為RMM與凸表面較差的潤濕也具有產(chǎn)生了透鏡缺陷減少的好處。
表面改性方式的選擇，直接與RMM對模具表面的潤濕性能有關(guān)，如前所述的那樣。對潤濕性能的理論估算，是稱為擴展系數(shù)的熱力學參數(shù)，被定義為S＝γs-γl-γsl其中s是擴展系數(shù)，rs是模具材料的表面能，rl是反應(yīng)單體混合物(“RMM”)的表面張力，而γsl是反應(yīng)單體混合物與模具材料之間的界面張力。正的“s”表示擴展(或潤濕)。而且，為了擴展或潤濕，r1和rs1應(yīng)盡可能地小，或者應(yīng)盡可能地大。實際上，這意味著模具表面能增加或反應(yīng)單體混合物表面張力減小，或者為了獲得反應(yīng)單體混合物與模具之間的適當潤濕而兩者兼?zhèn)?。從增加模具表面能的角度考慮，不僅應(yīng)增加整個表面能，而且應(yīng)增加高表面能的部分。
于是，改善潤濕性的一種方法是通過在其中摻入表面活性劑而減小RMM的表面張力。有相似效果的另一種方法是加熱RMM，這可以使表面張力從20℃時的38達因/厘米減至60℃時的34達因/厘米，其粘性隨之下降。
當模具表面由聚苯乙烯構(gòu)成時，它是沒有極性的，并有42達因/厘米的表面自由能。RMM與模具表面間的潤濕，還借助于表面改性劑的存在而得到改善，如以薄層的方式潤濕界面。水薄層的表面能為72達因/厘米。因此，通過在聚苯乙烯模具表面上涂一薄層水可迅速且大大提高表面能。聚苯乙烯模具表面上薄的均勻潤濕層代表均勻高的能量，高度潤濕的表面。用于使RMM的模具表面粘附物被RMM吸收，表現(xiàn)為模具表面又變得不濕潤并有利于透鏡脫模，又顯出瞬時改善表面的重要性。
為使透鏡空洞缺陷改善的程度與水潤濕性相關(guān)，所以開發(fā)出改進的Wilhelmy潤濕法，以測量聚苯乙烯向后彎曲模具的潤濕性，水被用作測試液體，因為它有高的表面張力和高的極化特性。實驗的具體細節(jié)在操作實例1中給出。
圖3表示了水潤濕力隨透鏡空洞缺陷而變的曲線圖。該曲線圖表示出，用一種潤濕力大于70mg的水濕潤模具表面，很少或不產(chǎn)生透鏡空洞。值越大表示潤濕力越大，且表明模具表面更為濕潤，從實驗研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，潤濕特性有很大的變化，且，在做實際鑒別中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品中透鏡空洞呈明顯隨機性和偶然性而得出的結(jié)果一致。
為了確定對于向后彎曲模具的模具材料進行表面處理，以減小在隱形眼鏡中形成透鏡空洞缺陷這一傾向的可行性，本發(fā)明人研究出一種改進的潤濕方法，以測量向后彎曲模具的潤濕性。該方法測量探測潤濕液體(D.I.水)與向后彎曲模具表面之間潤濕力，該力如下列關(guān)系式確定F＝2rcosθ其中F是半個模具上測得的潤濕力(mg)；r1是探測液體，即水的表面張力；p是當半個模具部分地浸入水中時在彎月液面處該半個模具的周長(cm)；及θ是在0度時動態(tài)接觸角。
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)表明與水有小于或等于100℃動態(tài)接觸角的向后彎曲模具，生產(chǎn)的隱形眼鏡其透鏡空洞明顯減少。接觸角小于或等于90℃更好；小于或等于75°尤佳。
表面改性或潤濕劑可以是一種表面活性劑；并有前述的指標參數(shù)，指標的選擇沒有極限值，只要在能夠滿足相對于RMM的潤濕特性，并且相對于配對使用的未涂布模具表面有不同的脫模特性，以達到本文概念部分所指出的本發(fā)明優(yōu)點這一范圍內(nèi)即可。實際上，由于有一定量的表面活性劑吸入RMM中，或留有一定量表面活性劑在水合作用之后的透鏡表面上，所以從人眼接觸而要符合生理或藥物許可要求的角度出發(fā)應(yīng)有所選擇。在現(xiàn)行環(huán)境中，表面活性劑材料的表面張力改進特性，將對照所需的脫模特性差異得到評價；而且表面能改善特性將按本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法，對照RMM與模具表面(尤其是凸模表面，如前所述)之間強化的潤濕性得到評價。表面活性材料還要考慮與模具材料及反應(yīng)單體混合物的相容性加以選擇。因此，涂覆的量可以因這些參數(shù)的不同而不同，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下表面活性劑選用的是0.05-5.0wt％范圍內(nèi)的表面活性劑溶液，常用的是0.05至2.0wt％。
在其他適用的表面活性劑之中，抗靜電劑，離子型表面活性劑，非離子型表面活性劑或潤滑劑組分都可用于本發(fā)明。表面活性劑適合于構(gòu)成一種基本惰性載體中的表面活性劑溶液或懸浮液，以便于用噴涂、擦抹、汽相沉積，涂抹，浸漬等方法涂覆于模具的表面上。因此，水，鏈烷醇或其混合物可滿足要求，并可廉價地用于構(gòu)成表面活化劑的溶液或懸浮液。
在已找到的不僅滿足模具表面潤滑性而且保持透鏡脫模時的有效脫模特性的材料之中，具有在于鹽水中水合與平衡化之后能使透鏡從前彎模具(涂覆過的)中脫模這一有效脫模特性的材料是Tween80(商標)；即多乙氧基醚。這實質(zhì)上是聚環(huán)氧乙烷脫水山梨糖醇單油酸酯或其他等同物，且由山梨糖醇和它的酐，以每摩爾山梨糖醇和山梨糖醇酐約20摩爾環(huán)氧乙烷，與之共聚而得的油酸酯構(gòu)成的，其通式為 通常，可溶于水或可懸浮于水的材料更易于涂覆。當模具材料由疏水性材料如聚丙烯或聚苯乙烯等制成時，這些材料的潤濕效果明顯。
其他適用的材料包括符合藥物學要求的乙氧化胺和季胺化合物，如Larostat 264A(一種由PPG出售的soy二甲基乙基銨乙氧硫酸鹽)，Armostat 410(一種由AKZO出售的乙氧基化叔銨)，CystatSN(Cytec出售的3-月桂酰胺基丙基三甲基銨甲基硫酸鹽)，及At mer 163(N，N-雙(2-羥乙基)烷基胺))。其他四元化合物包括二酰氨基胺，咪唑啉鎓，二烷基二甲基四元化合物，二烷氧基烷基四元化合物，及單烷基三甲基四元化合物。這些材料中的某些材料提供了溶于RMM的進一步的優(yōu)點，因而便于再被吸收到透鏡材料中去，以在脫模時離開模具表面使之不受影響，從而可更迅速地循環(huán)再次使用它，不必將其放入堿性或中性條件下去清洗。
表面活性劑或潤濕劑可以借助于噴涂或擦抹或浸漬等如前所述的方法涂于模具表面上，那么該表面因此被均勻地涂好。該模具僅僅被滴干，加熱與否均可，并被儲存起來以備生產(chǎn)過程中使用。如此涂覆的表面活性劑的量適于在模具表面上形成0.05到0.5wt％的表面活性劑溶液均勻涂層，如前所述。
表面改性劑或潤濕劑的涂覆工作還可以適當?shù)嘏c加工制作過程組合起來，以使模具在其插入傳輸機構(gòu)之前，或者在即將進行充填操作之前馬上得到處理，以使其表面充分潤濕，即與反應(yīng)單體混合物接觸點是濕的。
模具能由任何熱塑性材料制成，該材料應(yīng)適于大批量生產(chǎn)，并能模制出光學質(zhì)量的表面，和具有使模具在下文討論的處理過程所用處理條件下保持其臨界尺寸的機械特性，而且可以利用設(shè)計要求的引發(fā)劑和輻射能源進行聚合反應(yīng)。凹和凸模組件于是可由熱塑性樹脂制成，適用材料的實例包括如聚烯烴，如低、中、高密度聚乙烯，聚丙烯及其共聚物；聚-4-甲基戊烯；和聚苯乙烯。其他適用的材料是聚縮醛樹脂，聚丙烯基醚，聚芳基醚砜，尼龍6，尼龍66與尼龍11。熱塑性聚酯和各種氟化材料如氟化乙烯丙烯共聚物，乙烯氟乙烯共聚物也可以使用。
已發(fā)現(xiàn)，為獲得高質(zhì)量堅固的模具，尤其是在大量生產(chǎn)中使用成組模具時，模具材料的選擇十分必要。在本發(fā)明中，產(chǎn)品質(zhì)量不是由對每個透鏡的屈光度與曲率的個別檢驗與分類保證的。而是通過將每個單獨的模具組件尺寸保持在很小的公差范圍內(nèi)并且特別在一連串步驟中對模具進行處理，以使所有透鏡受到相同的處理，而保證其質(zhì)量的。由于聚乙烯和聚丙烯從熔融態(tài)冷卻下來的過程中有部分結(jié)晶現(xiàn)象，使其有一定的收縮而難以控制其尺寸變化。于是，已進一步發(fā)現(xiàn)，適用于本方法的優(yōu)選模具材料是聚苯乙烯，它沒有結(jié)晶，低收縮，并能在較低溫度下澆注模制/達到光學質(zhì)量的表面。應(yīng)理解，包括前述在內(nèi)的其他熱塑性材料也可以使用，只要它們具有前述的這些特性即可。聚烯烴的某些共聚物或混合物表現(xiàn)出這些所需的特性，也適用于本發(fā)有的目的，如具有這種特性的聚苯乙烯共聚物和混合物，美國專利US.4,565,348有更為詳細的說明。
軟性隱形眼鏡半成品由一種反應(yīng)單體混合物形成，這種混合物通常適于在反應(yīng)單體中添加水(在制作親水性透鏡時可取代的稀釋劑)，輔助反應(yīng)單體固化的聚合反應(yīng)催化劑，交聯(lián)劑及常用的在脫模時起作用的表面活性劑。
可固化的混合物適宜包括以2-羥乙基的甲基丙烯酸酯(“HEMA”)為基的共聚物和一或多種共聚單體如2-羥乙基丙烯酸酯，丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯，乙烯基吡咯烷酮，N-乙烯基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羥基丙酯，甲基丙烯酸異丁酯，苯乙烯，甲基丙烯酸乙氧基乙酯，甲基丙烯酸甲氧基三乙二醇酯，甲基丙烯酸縮水甘油酯，二丙酮丙烯酰胺，乙酸乙烯酯，丙烯酰胺，丙烯酸羥三亞甲基酯，甲丙烯酸甲氧基乙酯，丙烯酸，甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甘油酯，及丙烯酸二甲基氨基乙酯。
優(yōu)選的可聚合的混合物公開在美國專利US.4,495,313(Larsen)，US.5,039,459(Larsen等人)和US.4,680,336(Larsen等人)中。這些混合物包括以下的無水混合物；丙烯酸的可聚合親水羥基酯，可以置換的硼酸酯，和最好至少有3個羥基團的多羥基化合物。這些混合物經(jīng)聚合反應(yīng)，接著用水置換硼酸酯，而生產(chǎn)出親水的隱形眼鏡。本發(fā)明所用的模具組件也可用于生產(chǎn)疏水或硬性的隱形眼鏡，但更適宜生產(chǎn)親水性隱形眼鏡。
可聚合的混合物適宜包括少量的交聯(lián)劑，通常為0.05-2％，且更常用的劑量是0.05-1.0％的雙酯或三酯，有代表性的交聯(lián)劑實例包括二丙烯酸乙二醇酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，二甲基丙烯酸1，2-亞丁酯，二甲基丙烯酸1，3-亞丁酯，二甲基丙烯酸1，4-亞丁酯，二丙烯酸丙二醇酯，二甲基丙烯酸丙二醇酯，二甲基丙烯酸二乙二醇酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯，二甲基丙烯酸二乙二醇酯，二甲基丙烯酸二丙二醇酯，二丙烯酸二乙二醇酯，二丙烯酸二丙二醇酯，三甲基丙烯酸甘油酯，三丙烯酸三羥甲基丙酯，三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯等等。一般地，交聯(lián)劑常常有但并非必需有至少二個烯屬不飽和雙鍵。
可聚合的組合物通常還包含一種催化劑，通常是0.05-1％的自由基催化劑。這種催化劑的典型實例包括；過氧化月桂酰，過氧化苯甲酰，異丙基過碳酸酯，偶氮雙異丁腈，和熟知的氧化還原系統(tǒng)如過硫酸銨與焦亞硫酸鈉的組合等等。也可以采用紫外光，電子束或射頻源的輻射催化聚合反應(yīng)，可選擇添加一種聚合反應(yīng)引發(fā)劑。有代表性的引發(fā)劑包括樟腦醌，乙基-4-(N，N-二甲基-氨基)苯甲酸酯，和4-(2-羥基乙氧基)苯基-2-羥基-2-丙基酮。
模具組件中可聚合混合物的聚合反應(yīng)，適于把該混合物暴露于聚合反應(yīng)引發(fā)條件下進行。優(yōu)選的工藝是在混合物中加入暴露于紫外輻射中時起作用的引發(fā)劑；并將混合物暴露在強度與持續(xù)時間足夠引起聚合反應(yīng)并使之繼續(xù)反應(yīng)下去的紫外輻射中。為此，有一半模具最好是透紫外的。在預(yù)固化步驟這后，單體再次暴露于紫外輻射中進行固化步驟，在此步驟聚合反應(yīng)得以徹底完成。對于任何可聚合的混合物，剩下的反應(yīng)所需的持續(xù)時間能夠通過實驗迅速地確定下來。
模具組件包括至少兩塊，陰的凹形塊(前彎)和陽的凸形塊(后彎)，并在其間形成一個腔體，且當所述的兩塊匹配時，至少有一塊周邊具有凸緣。更為具體地講，模具組件包括一個前半個模具和一個后半個模具，且兩者相接觸，從而在其間確定并封閉了一個腔室，且可聚合的混合物被包容在相互接觸的所述兩半模具所形成的腔室內(nèi)。前模具在有凹表面、凸表面和有環(huán)形周邊邊沿的情況下，有一個凹下的中心彎曲部分，其中與所述可聚合混合物接觸的所述凹表面部分具有所述模具組件制出的隱形眼鏡前彎曲面的曲率并且足夠平滑，使得與所述表面接觸的可聚混合物經(jīng)聚合形成的隱形眼鏡表面滿足光學要求；所述的前模具還有一個在所述周邊邊沿外圍并與之合成一體，從其向外沿垂軸平面伸出的環(huán)形凸緣。而后模在有凹表面，凸表面和環(huán)形周邊邊沿的同時有一中心彎曲部分，其中與所述可聚合混合物接觸的所述凸表面部分，具有用所述模具組件制出的隱形眼鏡后曲面的曲率且足夠的平滑，使得與所述表面接觸的可聚合混合物經(jīng)聚合而形成的隱形眼鏡之表面滿足光學要求，所述的后曲面還有一個處于所述環(huán)形周邊邊沿外圍并與之合為一體從其向外沿垂直于所述凸結(jié)構(gòu)軸的平面沿伸的環(huán)形凸緣，以及一個位于垂直于所述軸平面內(nèi)并從所出凸緣伸出的大致三角形的接頭，其中所述的后半個模具的凸形結(jié)構(gòu)與前半個模具的周邊邊沿相接觸。
前半個模具的內(nèi)凹表面限定了隱形眼鏡的外表面，而后半個模具的外凸表面限定了隱形眼鏡的內(nèi)表面，以邊沿為界。這種結(jié)構(gòu)的具體細節(jié)可以從US.4,640,489(Larsen)中得知并獲得教導(dǎo)。
在將表面活性材料涂于模具表面上時，應(yīng)注意以下幾點用足夠量的表面活性劑均勻覆蓋模具表面，以達到工作環(huán)境所需的強化濕潤度，要保持足夠量的制劑于表面上，以用于充填操作中并吸收到RMM中去，所加材料不能過量，那樣，在透鏡固化之前該材料會擴散和吸收到RMM中去。
顯然，潤濕劑要以符合藥物學劑量要求的量加以使用，并且不影響成品透鏡的表面和效能。
根據(jù)本發(fā)明，已用表面改性劑預(yù)處理過的凸模表面，如前述，與前曲面模具相嚙合，并在其間的模制腔內(nèi)充填反應(yīng)單體混合物，在此期間凸模光學表面與之接觸，而且由于它的改性的表面被RMM充分潤濕，致使向前的彎月液面均勻蓋在模具表面而沒有形成透鏡空洞缺陷。凸模憑著其改性表面當與凹模機械分離時，能非常有效地(且瞬時完成處理，包括類似處理過模具間的相互配合)脫下透鏡半成品(仍保持在凹模中固化)，而沒有撕壞或其他對透鏡半成品的損壞。
在優(yōu)選的實施例中，前曲面模具由一種組合物形成，它包含一種附加的脫模劑，如硬脂酸鋅，可有助于水合后透鏡半成品脫模。因此，它的表面能特性已被改性，而且附加一定量表面改性劑(在本例中是水蒸汽與表面活性劑)組合起來施用)，可以用在凸模表面上，以平衡脫模特性，并以此方法確保透鏡半成品與之脫離，而滯留在凹的或前曲面模具表面上。
應(yīng)理解，接著前文的描述，如影響脫模的理論條件一樣，這些概念完全不同于用單體混合物充分潤濕成形模具表面造成的麻煩，盡管每個條件實際上都彼此相關(guān)，即一個即可使透鏡半成品脫模成功，但這樣的透鏡由于一個或多個透鏡空洞而有缺陷。尤其是凸的透鏡模具接觸表面，必須在涂覆時的涂覆處以及隨之所得的條件下接受單體混合物，在此情況下，需要通過增加凸模接觸表面上高表面能區(qū)域的表面積建立一個控制模具接觸上有效擴展能力的臨界潤濕度。
盡管具體參考了在實際制作中將表面改性劑涂于凸模光學表面的例子對本發(fā)明做了描述，其中包括通常垂直布置的相互匹配模具元件，凹模組件常在仰臥或下部位置支撐著初步成形的透鏡半成品，但應(yīng)該理解，在其他幾何位置關(guān)系情況下為實現(xiàn)透鏡半成品移動差異，表面活性劑可以涂在任一透鏡模具表面的光學表面上。
而且，盡管本發(fā)明已參考了通過控制凸模光學表面的潤濕表面來控制透鏡空洞缺陷，而得到初步說明解釋，但是由于便于RMM以均勻適度的方式初始擴展和涂于表面上，因此對減小凹透鏡表面上小坑也有效。
例1按如下方法檢測多個處理好的后曲面模具的水潤濕力處理過的模具垂直懸掛在一個微量天平上其上的水作為探測液體用。水位逐漸增加以浸沒后曲面。隨著探測液體的增多，探測液體與后曲面之間的潤濕力借助于微量天平被測出并被記錄下來。作為水彎液面在后曲面上走過距離的函數(shù)的潤濕力之軌跡被得到，其中P值(當半個模具部分地浸入水中時彎液面處的半模具周長(cm))可被計算出來，與潤濕力F(mg)一起可被用于根據(jù)以下公式確定動態(tài)接觸角(以度數(shù)表示)F＝2rcosθ其中r是水的表面張力(72.75達因/厘米，20℃條件下)。如前文所述，水的動態(tài)接觸角在受過處理的表面上適宜為小于或等于100°，最好是小于或等于90°。
在如下的表1中提供了各種處理過和未處理過的后曲面的水潤濕力測量值。
表1模具表面 潤濕力未處理的聚苯乙烯A 56.4未處理的聚苯乙烯B 56.9未處理的聚苯乙烯C 50.90.25％CyASTATLS*/聚苯乙烯B 67.10.5％CyASTATLS/聚苯乙烯B113.00.05％CyASTATLS/聚苯乙烯C 105.00.25％CyASTATLS/聚苯乙烯C 81.00.5％CyASTATLS/聚苯乙烯C115.0(*Cytec Industries公司出售的3-月桂酰胺基丙基三甲基銨甲基硫酸鹽)例2凸模分別浸入Larostat 264A(PPG出售的)、Armostat 410(AKZO出售的)和Cystat SN(Cytec出售的)的2％水溶液中，然后在環(huán)境條件下干燥48小時。這樣形成的涂層，能更好地被RMM，一種以HEMA為基的混合物所潤濕。
當這些處理后的模具被用于自動控制的生產(chǎn)條件下，透鏡模具造成的缺陷可減少約34.6％。
例3聚苯乙烯隱形眼鏡模具分別用Glucan P-10，Tween80及Glucan DOE120水懸浮液擦拭，然后這些模具被用于模制隱形眼鏡，采用的反應(yīng)單體混合物包含96.8％的HEMA，1.97％的甲基丙烯酸，0.78％的二甲基丙烯酸乙二醇酯，及0.1％的三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯，和0.34％懸浮于作為惰性水可置換稀釋劑的(48％RMM)硼酸甘油酯中的Darvocur 1173。這個模具可迅速地拆分而不產(chǎn)生缺陷。
權(quán)利要求
1.一種在從反應(yīng)單體混合物模制親水性水凝膠隱形眼鏡的方法，其中將凹和凸模具工作表面在保持模制關(guān)系的情況下相重疊，從而在其間構(gòu)造一個容納著反應(yīng)單體混合物用的可形成隱形眼鏡半成品的腔室，其特征在于用一個瞬時涂劑層處理至少一個所述的模具表面，以便于反應(yīng)單體混合物潤濕所述模具表面，從而減少所述隱形眼鏡半成品中空洞缺陷或小坑狀缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述的涂劑具有表面活化作用，以使該模具表面的高表面能區(qū)更均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述的涂劑包括蒸餾水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征是，所述的涂劑可被所述的反應(yīng)單體混合物吸收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，凸的后曲面模具適宜用潤濕劑做預(yù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述的模具由疏水材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征是，所述疏水材料是聚苯乙烯。
8.一種模制隱形眼鏡半成品的方法，該方法包括用反應(yīng)單體混合物填充凹的透鏡模具，在保持模制關(guān)系的情況下將凸的透鏡模具與之重疊，其特征在于用水蒸汽對所說模具的至少一個光學表面進行預(yù)處理，以在其上冷凝出一個均勻的潤濕層，加強該光學表面對反應(yīng)單體混合物的潤濕能力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，當該潤濕劑被加到光學模具表面上時，其呈現(xiàn)至少70mg的水潤濕力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述凸模具處理后的光學表面，對于水呈現(xiàn)小于或等于100°的動態(tài)接觸角。
全文摘要
親水性隱形眼鏡模具被暫時改性，通過施用潤濕劑處理而提供了等于或小于100°的水動態(tài)接觸角，該潤濕劑可以是水或一種表面活性劑組合物，它們能提供一個具有至少70mg水潤濕力的模具表面，從而減少了親水性隱形眼鏡制作過程中的透鏡空洞缺陷。
文檔編號B29L11/00GK1155089SQ9612109
公開日1997年7月23日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者M·韋曼, J·詹, J·恩斯, M·布杜羅格盧 申請人:莊臣及莊臣視力產(chǎn)品有限公司