Technologie výroby brýlových čoček, 1. část: Organické polotovary pro výrobu brýlových čoček

Termosety jsou materiály, které působením tepla tvrdnou a dále není možné je tvarově měnit. Mezi nejpoužívanější termosety v brýlové optice řadíme materiál CR39. Nejčastější metodou výroby termosetů je metoda lití (casting).

Druhou skupinu materiálů tvoří termoplasty. Termoplastický materiál působením tepla měkne. Do této skupiny řadíme například polymetylmetakrylát (PMMA) nebo polykarbonát (PC), které se nejčastěji vyrábějí lisováním (vtlačování do formy).

Materiály pro výrobu organických brýlových čoček můžeme rozdělit také podle indexu lomu.

Brýlové čočky se standardním indexem lomu

Jedná se o materiály s indexem lomu od 1,48 do 1,54. Z nejznámějších materiálů sem tedy patří CR39 a trivex.

CR39 je v současné době již klasickým materiálem pro výrobu brýlových čoček. Jedná se o allyldiglykokarbonát objevený ve čtyřicátých letech 20. století pracovníky firmy Columbia Corporation, divize American Pittsburgh Plate Glass Company. Název tvoří zkratka anglických slov Columbia Resin a číslo 39 je číslo úspěšné výrobní série.

Původně byl materiál vyroben pro vojenské účely a teprve v roce 1955 byl použit firmou Lentiles Opthalmiques Spectacles (LOS) pro výrobu brýlových čoček. Základním materiálem pro výrobu CR39 je tekutý monomer. Polymerizací tohoto materiálu vzniká materiál pevný, odolný proti účinkům rozpouštědla, s vhodným indexem lomu, s hustotou 1,32 g/cm³, Abbeovým číslem 58–59, vysokou propustností pro světlo a širokou možností barvení a povrchových úprav.

K tradičním základním surovinám pro výrobu materiálu CR39 patří fosgen (dichlorid kyseliny uhličité), allylalkohol a etylenglykol. Vzniklý monomer allyldiglykokarbonát (ADC) obsahuje ve své molekule dvojnou vazbu, která umožňuje vzájemné propojení těchto molekul. Proces propojení (polymerizace) začíná po přidání katalyzátoru (např. peroxid). Vzniklý polymer označujeme jako polyallyldiglykokarbonát.

Monomer ADC vyrábí firma Great Lakes Chemical Corporation pod obchodním názvem RAV7 ve výrobním závodě v Itálii (Ravena) a v USA (Pasadena, Texas). Monomer může být vyroben pomocí dvou chemických reakcí: transesterifikací s dimetylkarbonátem a reakcí s fosgenem.

Reakce s fosgenem je tradiční způsob výroby z šedesátých let 20. století. Díky přítomnosti chloru je často monomer nadměrně přilnavý ke skleněným formám. Chlor také v polymeru často zůstává a čočky jsou pak náchylnější ke žloutnutí.

K modernějšímu způsobu výroby řadíme transesterifikaci s dimetylkarbonátem. Při výrobě není přítomen chlor, a proto je výroba více ekologická. Výměnou dietylenglykolu za jiné polyglykoly vznikají různé modifikace tvrdé pryskyřice, jako je RAV7NG, RAV7MC, RAV7FC a RAV7LC, který lze tvrdit pomocí benzoylperoxidu (BPO).

Monomer se vyváží v kovových nebo plastových sudech do jiných továren, kde se provádí polymerizace. Iniciátorem polymerizace může být např. diizopropyl peroxydikarbonát (IPP), který je velmi výbušný. Z tohoto důvodu firma Great Lakes Chemical Corporation vyvinula modifikaci monomeru RAV7LC, která může být tvrzena bezpečným peroxidem (dibenzoylperoxid = BPO). Po smíchání monomeru s indikátorem (BPO) je směs vstříknuta mezi dvě skleněné formy, které jsou spojeny těsnicím kroužkem. Poté je forma vložena do pece nebo do vodní lázně, kde je plynule zahřívána po dobu asi 20 hodin. Výsledkem je čirý a vysoce transparentní materiál.

Brýlové čočky se středním indexem lomu

Do této skupiny řadíme materiály s indexem lomu od 1,55 do 1,63 a hustotou 1,20 až 1,40 g/cm³. První organický materiál se středním indexem lomu se objevil v osmdesátých letech 20. století. Základní strukturu tohoto materiálu tvoří většinou allylová molekula, ke které se přidávají aromatické benzenové uhlovodíky.

Tímto způsobem vznikají čočky s indexem lomu 1,55 až 1,57 a Abbeovým číslem 36 až 43. Další nárůst indexu lomu je možný pomocí thiosinu (thiosinaminum) a isocianátů. V tomto případě vzniká materiál o indexu lomu 1,58 až 1,61 s Abbeovým číslem 30 až 40 a hustotou mezi 1,30 až 1,40 g/cm³.

K materiálům se středním indexem lomu můžeme řadit i termosety. U nich se jejich index lomu obvykle zvyšuje elektronovou modifikací struktury aromatické molekuly nebo pohlcením molekul halogenidů (chlorid, bromid).

K nevýhodám tohoto materiálu patří nižší povrchová odolnost proti poškrábání, vyšší chromatická disperze a hustota materiálu a z toho vycházející zvýšená odrazivost. Povrch brýlových čoček se středním indexem je tedy nutné tvrdit pomocí laku (spincoat, dipcoat, in-mould, vakuově).

Brýlové čočky s vysokým indexem lomu

Organické materiály s indexem lomu 1,64 až 1,73 patří do skupiny brýlových čoček s vysokým indexem lomu. Vysokého indexu lomu je dosaženo pomocí thiouretanu s vysokým obsahem síry.

Obecně tedy můžeme říci, že vyšší index lomu organických brýlových čoček je ovlivněn vyšším obsahem atomů síry. Podobným způsobem vznikají i brýlové čočky s velmi vysokým indexem lomu (n = 1,74).

První materiál s indexem lomu 1,66 představila v roce 1992 firma MITSUI (www.mitsuichem.com) a označila ho jako MR-7. Materiál s indexem lomu 1,71 vyrobila v roce 1997 firma Mitsubishi Gas Chemical Corporation a na trh ho uvedla pod názvem Teslalid. Ve stejné době firma Hoya vyvinula svůj vysokoindexový materiál (n = 1,67), který nazvala Eyry.

V současné době materiál s vysokým indexem lomu nabízejí i další firmy, jako jsou Essilor (Stylis), Hoya (Eynoa), Kodak, Nikon, Rodenstock, Seiko a Zeiss.

Brýlové čočky s velmi vysokým indexem lomu

Tato skupina obsahuje brýlové čočky s indexem lomu 1,74 a větším. V roce 2000 materiál s indexem lomu 1,74 vyvinula firma Asahi Optical Japan. Do této skupiny můžeme také

zařadit minerální materiály s indexem lomu 1,8; 1,83 a 1,9.

V brýlové optice se můžeme setkat dále i s těmito druhy materiálů pro výrobu organických brýlových čoček: polymetylmetakrylát (PMMA), polykarbonát (PC), trivex, organické fototropní materiály, polarizační materiály, fotopolarizační matriály.

Literatura:

1. Jalie, M.: Ophthalmic Lenses and Dispensing. Elsevier Health Sciences, 2003, s. 266.

2. Jančík, P.: Materiály pro výrobu brýlových čoček. Diplomová práce. LF MU: Brno, 2006.

3. Essilor. Ophthalmic optics files. Plastic and glass materials [online]. c2011 [cit. 11. 1. 2012]. Dostupné na http://www.bimas.lt/akys/literatura.pdf.

4. Encyklopedie Zeiss [online]. c2013 [cit. 2. 4. 2013].Dostupné na http://www.zeiss.de.

Podrobnosti – tedy i informace o polymetylmetakrylátu (PMMA), polykarbonátu a Trivexu –najdete v časopise Česká oční optika, č. 2, 2013.