当前,人们与手机、平板、电脑等电子设备的交互时间和频次越来越多,加之过度用眼、熬夜晚睡等不良习惯,近视逐渐呈现发病年龄早、进展快、程度深等趋势。据国家卫健委数据监测显示,2020年全国总体近视率高达52.7%,其中约10%的近视学生为高度近视(注:近视度数达600度以上)。
作为视力健康的保障,眼镜已成为近视人群日常生活中不可或缺的一部分。镜片作为眼镜功能机制的核心,主要结构包括基片和膜层两部分。其中,膜层用于强化镜片的特定功能,基片则是镜片的材质载体,承载着镜片的光学性能(折射率、阿贝数、透光度等),是决定镜片品质的关键要素。
经过多年的持续研究与开发,益丰新材料股份有限公司(下文简称:益丰新材)逐步掌握了聚硫醇光学材料的核心技术,于2018年开始生产高折树脂镜片的关键单体——聚硫醇,填补了国内镜片原料市场的技术空白和产品空白。目前,益丰新材已向多家行业内知名镜片生产商供货。
一 、树脂镜片材料的演变
眼镜镜片材料经历了由光学玻璃、CR-39、PC/亚克力、聚氨酯树脂等几代材料的演变,到20世纪60～80年代,树脂镜片快速超过玻璃成为眼镜镜片的主要材料。由于镜片折射率增加会加重色散现象,降低镜片阿贝数,从树脂镜片的发展历程来看,其材质主要沿着提高折射率、兼顾阿贝数的路径进行改进。
树脂镜片材料的演变历史
第一代:CR-39(低折镜片)
烯丙基二甘醇二碳酸酯,即常见的CR-39材料,最初是由美国PPG公司于上世纪40年代开发,并逐渐应用于眼镜镜片,改善了玻璃材料易碎的缺点。CR-39镜片的阿贝数较高,光学性能优异,折射率为1.49,目前已成为低折镜片中使用最广泛的材料。通常,相同度数下,镜片的折射率越低,镜片越厚重,折射率仅有1.49的CR-39镜片势必会给消费者带来配戴厚重的问题,而寻求更高折射率的镜片材料成为了此后研究的重点。
第二代:亚克力、PC(中高折镜片)
20世纪70～80年代,亚克力和PC逐渐用于眼镜镜片材料,折射率在1.56～1.60之间,由此开启了第二代树脂镜片材料,成为了目前中折射率镜片的代表性材料。
PC(聚碳酸脂)材料最早是在20世纪60年代后期的“太空竞赛”中发展起来,由于优越的抗冲击性能,其应用范围逐渐从宇航员的头盔、面罩发展至安全防护眼镜方面,并于上世纪70年代被用作镜片材料。实践发现,PC材料比重低(较为轻质)、抗冲击性能强(耐摔),但阿贝数较低,仅为29左右;亚克力(PMMA,聚甲基丙烯酸甲酯)用作眼镜镜片材料成本低廉、方便加工,但其阿贝数同样较低,且抗冲击性能较差。
第三代:聚氨酯材料(高折镜片)
1987年,三井化学首次将聚氨酯材料应用于眼镜镜片,并命名为“MR”镜片材料,开启了高折射率镜片时代,即第三代树脂镜片材料时代。迄今为止,三井化学已推出MR-8、MR-7/10、MR-174等聚硫氨酯镜片材料,不同折射率满足了消费者的不同配戴需求。与传统树脂镜片材料相比,该类镜片材料具有折射率高、色散低、质量轻、耐磨和抗冲击等优点,在保持高透光率的情况下,材料的雾度指标、紫外线阻隔能力等性能得到了提升,目前已成为高折眼镜镜片的首选材料。
各镜片材料的相关性能指标比较如下:
不同类型光学材料性能对比
二 、聚硫氨酯镜片的生产工艺
聚硫氨酯镜片对单体材料的纯度、色度、折射率等指标的要求极高,目前,该镜片材料生产采用一次性热固化成型工艺,可分为预聚物生产、聚合固化两个工艺步骤。在预聚物生产阶段,基础化学原料按照一定的配方比例混合,辅以催化剂、特定的温度、环境,经一定时间的聚合反应后,生成较大分子的预聚物。在镜片固化阶段,预聚物被注入镜片模具,在特定的温度、环境下,经一定时间的聚合固化,形成固态的镜片基片。
就聚硫氨酯镜片工艺流程而言,聚硫醇和异氰酸酯是其基片生产的核心原料。具体工艺流程包括:①单体的配制:A组分异氰酸酯与B组分聚硫醇混合;②料液的浇注与固化:采用程序升温烘箱第一次升温固化;③开模、磨边、清洗;④二次固化:于二次固化炉中消除镜片内应力;⑤加硬、镀膜:目的为提高表面耐磨性及透光率。
镜片生产工艺流程
三 、益丰新材——引领聚硫醇国产替代的进程
作为决定镜片折射率的关键材料,聚硫醇在国内市场存在诸多技术和产品空白。经过多年持续的研究与开发,益丰新材逐步掌握了聚硫醇光学材料的核心技术,开启了高折镜片材料关键单体———聚硫醇的国产化进程,提升了我国新材料自主供给和保障能力,对树脂镜片行业的发展具有重要意义。
益丰新材是一家聚焦光学新材料产品研发、生产和销售的企业,现已开发出聚硫醇504、405两款1.60/1.67高折射率眼镜镜片单体材料,其聚硫醇材料已连续三年入选《山东省重点新材料首批次应用示范指导目录》。此外,益丰新材还具备聚硫醚光学树脂材料相应的生产技术,该材料是生产1.71、1.74折射率树脂镜片的关键单体。未来两年内,益丰新材将对其进行装置投产,并实现工业化生产,以满足市场对超高折树脂镜片单体材料的需求。
镜片边缘厚度较低折射率普通镜片薄1/3
抗冲击强度是普通镜片6倍
当前,随着智能手机等电子设备的不断普及,全球需要视力矫正人群正在迅速增加。澳大利亚布莱恩·霍顿视觉研究所在一项关于近视健康的研究中表示,到2050 年,全球人口的一半(约50亿)可能会受到近视的影响,高度近视的人群也将逐渐增加。随着居民消费水平的不断提升,未来,“更轻、更薄、更清晰”的高折树脂镜片将成为消费者的必然需求,而益丰新材作为国内生产高折镜片关键单体的企业,始终致力于用技术力量突破新一代视光材料,全方位保护国人视力健康。
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