一種多功能防藍光鏡片的研發(fā)

＊吳國強 陳國良

（1.漳州市澳捷光學科技有限公司 福建 363000 2.閩南師范大學化學化工與環(huán)境學院 福建 363000）

1.引言

波長介于380nm至500nm之間的藍光，普遍存在于太陽光和各類人造光源中。早在1996年，Noell等人首次實驗證實了藍光能夠引起視網(wǎng)膜損傷，藍光對人眼的危害由此得到人們的關注。法國視覺科學研究院研究發(fā)現(xiàn)，415～455nm的藍光對人眼有害，通常稱為有害藍光。1989年，Andley等人認為，低于400nm的藍光對視網(wǎng)膜造成損傷更為嚴重。2006年，國際電工委頒布的《光生物安全標準》（IEC62471—2006），單獨列出藍光危害。在2010年召開的國際光協(xié)會年會中，參會專家普遍認為短波藍光能量高，可穿透晶狀體，直達視網(wǎng)膜，會引起光敏感細胞缺少養(yǎng)分，引起不可逆的視力損傷。《中國眼鏡科技雜志》于2013年指出：眼鏡產(chǎn)業(yè)技術升級要求功能優(yōu)先，鏡片功能化的發(fā)展將成為必然趨勢。2015年4月，藍光對人體的光損傷和視覺健康的影響成為社會熱點，并受到國務院的關注。2017年，有專家指出：目前防藍光眼鏡的質量參差不齊。2018年《光源與照明》發(fā)文和2019年在廈門召開有關防藍光鏡片技術和質量提升的研討會，均認為研究藍光危害及科學預防藍光危害是極其必要的。由中國標準化研究院制定的國標《藍光防護膜的光健康與光安全應用技術要求》（GB/T 38120—2019）于2020年7月1日實施。《藍光防護膜的光健康與光安全應用技術要求》中對傳統(tǒng)藍光波段進行重新定義，將308～415nm和415～445nm定義為有害波段，將445～475nm和475～505nm定義為有益波段。可見，目前對有害藍光的危害已達成共識，防藍光鏡片的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質量參差不齊，鏡片防藍光、抗疲勞等功能化將成為鏡片技術發(fā)展的必然趨勢。

隨著新興光源技術的全面市場普及，藍光對人體的光損傷和視覺健康的影響成為社會熱點。目前醫(yī)學上對于“藍光傷害”并無可靠的治療手段，最有效的方法還是佩戴藍光防護眼鏡。可見，找到屏蔽藍光的方法，防止藍光持續(xù)損傷人眼尤為重要。

防藍光技術是防藍光鏡片的關鍵技術之一，是保證產(chǎn)品質量的基礎，其技術水平高低直接影響到防藍光鏡片的質量和使用可靠性。普通防藍光鏡片一般采用鍍膜反射藍光技術或在原材料中加入了能吸收藍光的特殊成分，其對短波藍光阻隔性能欠佳，這是防藍光鏡片“卡脖子”關鍵技術瓶頸。隨著有害藍光高阻隔率藍光產(chǎn)品的技術門檻大幅提高，行業(yè)知名品牌在功能防護產(chǎn)品的營銷特別看重產(chǎn)品的高防護性能這一指標。因此研究新型先進的防藍光鏡片關鍵制造技術，開發(fā)高藍光吸收比和高藍光透射比，同時兼具防紫外線和硬化功能的鏡片生產(chǎn)工藝，已成為防藍光鏡片行業(yè)迫切需要解決的技術課題。

鏡片是眼鏡的核心功能區(qū)。防藍光鏡片的研發(fā)涉及光學、眼科學、細胞學、模具、表面及結構物理等多學科交叉領域。佩戴防藍光眼鏡可有效矯正視力、調節(jié)光量，對保護眼睛安全有重要的意義。本文在企業(yè)11個相關專利的基礎上，發(fā)揮多學科交叉協(xié)同創(chuàng)新機制，采用新型的“膜層反射+基片吸收”防藍光技術，既能保證藍光的阻隔率又能使鏡片清晰透明，并增加防霧及光致變功能，實現(xiàn)一鏡多用，可望為防藍光鏡片的發(fā)展提供新的參考。

2.材料與方法

主要材料包括：PA光學樹脂、UV-329紫外線吸收劑、HALS光穩(wěn)定劑、SiO2、Ti2O3等。

主要方法包括：真空鍍膜方法、TFCalc膜系軟件設計和提拉法等。

3.結果與討論

(1)鏡片防藍光技術研發(fā)

普通的防藍光技術主要采用單一的膜層反射技術或基片吸收技術，本文采用新型的“膜層反射+基片吸收”雙重防藍光技術，集合以上兩種技術的優(yōu)勢，兼具雙重手段雙效防護，既能保證有害藍光的高阻隔率（低透射比）又能使鏡片清晰透明，即能保證有益藍光的高透射比。

本文研發(fā)的“基片吸收”技術采用吸收型解決方案，是以UV-329為紫外線吸收劑、受阻胺光穩(wěn)定劑（HALS）為防藍光吸收劑。即在帶攪拌的反應器內，加入一定量的光學樹脂、UV-329和HALS，將其混合均勻并經(jīng)濾膜過濾后，在常溫和壓力小于2kPa下，脫氣一定時間后，恢復常壓。之后，用程序控制烘箱從常溫升溫到115℃±5℃，并維持一定時間，將材料烘干后，經(jīng)高溫注塑至鏡片模具內成型，再待冷卻和脫模后，即可得到具有一定藍光吸收率的防藍光鏡片。

本文研發(fā)的“膜層反射”技術采用表面減反膜真空鍍膜解決方案，是利用高低折射率材料對光的干涉現(xiàn)象，通過改變各個波段光的反射，設計一種特殊的鏡片防藍光表面減反膜真空鍍膜工藝來完成的。該鍍膜工藝采用TFCalc膜系設計軟件，膜層由30層納米薄膜組成，其中第一層為SiO2薄膜，第二層為Ti2O3薄膜，第三層為SiO2薄膜，構成一個循環(huán)，并如此循環(huán)疊加至30層。核心是控制各膜層的厚度和搭配的層間結構，可同時實現(xiàn)有害藍光低透射比和有益藍光高透射比，在允許有益藍綠光透過眼睛的同時，又能防止眼睛受到會導致黃斑變性和白內障的有害藍光的侵害。解決了傳統(tǒng)高阻隔率藍光防護產(chǎn)品不能同時實現(xiàn)有害藍光高阻隔和有益藍光高透射，存在色差大，佩戴舒適度差的缺陷。

具體實驗結果（不同波長的藍光吸收率）如圖1所示。

圖1 鏡片波長與透射率的光譜圖

從圖1可以看出，位于光譜范圍385～445nm有害藍光的透射比低；而位于光譜范圍445～505nm有益藍光的透射比高，不僅能保證有害藍光的高阻隔率又能使鏡片清晰透明，達到預期的防藍光的效果。

(2)防藍光鏡片防霧工藝的研發(fā)

鏡片因濕霧會影響正常使用，有必要開展鏡片的防霧技術開發(fā)。傳統(tǒng)的鏡片防霧是在鏡片表面直接涂布含親水基的聚合物涂層，因其與基材結合較弱，容易脫落，壽命短，尤其是無法在硬化層上進行防霧處理。鏡片起霧的原因主要有兩種：一是鏡片內較熱的氣體遇較冷的鏡片所產(chǎn)生的液化現(xiàn)象；二是被眼鏡密封的皮膚表面的水分蒸發(fā)，在鏡片上的氣體凝結。

本文研發(fā)了一種新型的親水性防霧涂層工藝。該工藝既可在鏡片硬化層上防霧處理，又可有效降低防霧膜層與水之間的表面張力。當水汽與低溫的鏡片表面接觸時，冷凝水會在鏡片表面均勻鋪展，形成一層透明的水膜，而不會產(chǎn)生霧氣，防霧效果好，解決了佩戴口罩使用時鏡片內側起霧，影響視覺的使用痛點。

該新型的親水性防霧涂層工藝，其關鍵技術是防霧液的研發(fā)。本文研發(fā)的防霧液主要由防霧有效成分和水性聚合物等組成。水性聚合物主要作用是提高防霧液的黏度和防霧層的結合力。由此可實現(xiàn)50℃，180S不起霧（國標僅要求8S），防霧效果好。

圖2為本文研發(fā)的防霧鏡片在澳捷光學企業(yè)技術中心檢測的防霧實驗圖。測試條件及效果為：將鏡片防霧面覆蓋在55℃±1℃的水蒸氣上方，測試防霧效果＞180S。

圖2 防霧實驗圖

(3)防藍光鏡片變色工藝的研發(fā)

變色鏡片，也稱為“感光鏡片”。傳統(tǒng)的變色鏡片含有鹵化銀和微量氧化銅，存在變色速度慢和易失效等缺點。本文根據(jù)光色互變可逆反應原理，利用分子結構自身的反轉開合實現(xiàn)光線的通過或阻擋，研發(fā)一種特殊的鏡片膜層變色工藝，即在鏡片表面涂覆一層厚度均勻的復合變色薄膜。其核心技術是光致變色液的開發(fā)。變色液主要由光致變色染料組成。由此開發(fā)的變色鏡片可根據(jù)紫外線強度不同，自動調節(jié)可見光的透光率。變色性能指標T0/T1＞5（國標要求＞1.25），可快速實現(xiàn)從0號淺色鏡片變至3號深色鏡片。既可作為防藍光眼鏡使用，也可作為太陽眼鏡使用。

具體實驗結果（不同時間的投射率）如圖3、圖4所示。

圖3 變色片的正向變色圖

圖4 變色片的逆向變色圖

由于鏡片的抗摩擦性能較差，有必要開展鏡片加硬工藝的開發(fā)。鏡片加硬是指通過對鏡片的內外表面進行有機硅化，在鏡片的內外表面形成熱化學及機械性保護層，以增加樹脂材料耐腐蝕和抗摩擦性能。本文通過提拉的方式在變色鏡片表面涂覆一層加硬層，其核心是有機硅樹脂加硬液配方及其工藝研發(fā)。本文研發(fā)的加硬液主要由硅溶膠、有機硅烷（如丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷等）和多種助劑組成，配制是在氮氣的保護下進行的。該有機硅樹脂加硬液是一種無色透明液體，固含量約12%，pH值約為6.3，易溶于異丙醇、乙醇、丁醇等有機溶劑中。由此制備的加硬層具有優(yōu)良的抗磨擦性能、附著性能和柔韌性等特點，可有效提高鏡片耐刮性能。由此得到的加硬層，其硬度可達到2H。

圖5是將測試樣品固定在一個堅固的水平面上，使鉛筆以45°角對準該測試樣品，同時施加壓力500g，測試的鉛筆硬度圖，其硬度可達到2H。

圖5 鏡片的鉛筆硬度圖

4.結語

本文開發(fā)出一種新型先進的“膜層反射+基片吸收”雙重防藍光技術；“基片吸收”采用吸收型解決方案、“膜層反射”采用表面減反膜真空鍍膜解決方案。該新型先進的藍光防護膜的有害藍光（光譜范圍385～445nm）透射比低、藍光防護膜的有益藍光（光譜范圍445～505nm）透射比高；并可實現(xiàn)防藍光鏡片的防霧性能大于180s不起霧，具有一定的先進性。