Очковые линзы
Все публикации

Эволюция материалов для очковых линз

9 августа 2019

Со времени появления первых средств коррекции зрения и до наших дней


Историки называют изобретение очков пятым по значимости открытием человечества, начало которым положило использование огня и создание колеса. Благодаря очкам миллионы людей могли иметь хорошее зрение, несмотря на различные виды аметропии. Наиболее важным компонентом корригирующих очков являются линзы, которые в виде увеличительных стекол появились еще до очков. На протяжении веков по мере развития науки и техники линзы претерпевали серьезные изменения как с точки зрения дизайна, так и в отношении материалов, применяемых для их изготовления. Рассмотрим, как шла эволюция материалов для очковых линз.

Минеральное стекло

Обратившись к истории очков, можно найти упоминание о первых линзах из прозрачных минералов – изготовленные тысячелетия назад выпуклые линзы из горного хрусталя находили при археологических раскопках. Так, подобные артефакты, обнаруженные археологами в руинах Нимруда (древнего города в Месопотамии, на территории современного Ирака), датируются 700 годом до нашей эры. Историки любят упоминать об изумруде римского императора Нерона (37–68), часто смотревшего сквозь него бои гладиаторов, считая, что зеленый цвет камня благотворно влияет на зрение. Увеличительные стекла или сферы из хрусталя были описаны арабским ученым Аль-Хазеном (996–1038). Упоминание о «камнях для чтения», также изготовленных из хрусталя, встречается в средневековых монастырских хрониках. Развитие технологии стекловарения в Италии привело к тому, что было получено не только цветное, но и бесцветное стекло, которое с конца XIII века стали использовать для изготовления линз, а впоследствии и очков. Считалось, что линзы из стекла хуже линз из хрусталя, потому что являются менее твердыми и легче царапаются, но постепенно горный хрусталь становится все более редким и дорогим и линзы полностью заменяются на стеклянные. Минеральное стекло было основным материалом для очковых линз вплоть до второй половины XX века.
Первые линзы производили выдуванием из расплавленного стекла, но по мере развития технологии их стали изготавливать из пластин, при нагревании принимающих форму полости, в которую были помещены*.

Камень для чтения

В настоящее время линзы из минерального стекла занимают небольшую долю рынка – до 5 % солнцезащитных линз, а также используются в очках для защиты глаз в условиях некоторых промышленных производств и для предохранения их от рентгеновского, лазерного излучения и радиации. Кроме того, эти линзы применяются в солнцезащитных очках специального назначения.

Пластмассы для производства очковых линз

Виды органических материалов

В настоящее время органические материалы для производства очковых линз доминируют на рынке. С химической точки зрения эти материалы можно разделить на три группы:
  • термопласты, к которым относятся поликарбонат и полиамиды;
  • реактопласты, к которым принадлежит большинство традиционных пластмасс, в том числе материал CR-39;
  • квазитермопласты или квазиреактопласты, представителями которых являются трайвекс и трибрид.
Впервые прозрачные органические материалы были использованы для получения очковых линз из пластмассы Motex в 1930 году. По своей конструкции они были аналогичны остеклению из триплекса, применяемому в автомобилях, – поливинилбутиральная пленка зажималась между двумя пластинами из минерального стекла. Эти линзы не имели промышленного успеха, оставаясь очень хрупкими, и в 1930–40-е годы появляются линзы из полиметилметакрилата (ПММА). В Великобритании такие линзы под названием «Igard» методом прессования выпускались компанией Combined Optical Industries England. В США линзы из ПММА впервые производят литьем под давлением. Однако линзы из акриловых полимеров не могут завоевать значимые позиции на рынке из-за низкой устойчивости к образованию царапин, хрупкости и способности к пожелтению по мере применения.

CR-39

Первый промышленный успех очковых линз из пластмасс был связан с появлением на рынке материала диэтиленгликоль-бис-аллилкарбонат, который был изобретен компанией PPG Industries. В 1940-х годах он применялся для изготовления окошек топливных баков самолетов и отражателей, а в 1946 году был запатентован PPG Industries как CR-39. Первые линзы из этого материала были выпущены американской компанией Armorlite в 1947 году, а в 1959 году фирмой Lissac были произведены первые линзы из CR-39 под маркой ORMA 1000. В 1960–70-е годы CR-39 начинает применяться для промышленного производства очковых линз компаниями Sola (Австралия) и Silor (Франция). С тех пор и до настоящего времени он является наиболее распространенным материалом для производства очковых линз: по оценкам экспертов, 70 % этих изделий, продаваемых во всем мире, изготовлены из CR-39.

Органические материалы со средним показателем преломления (1,53–1,59)

Эти материалы появились в 1990-х годах у разных производителей и имели различный химический состав. Линзы из таких материалов были популярны в странах Европы до начала выпуска органических материалов с более высоким показателем преломления, которые в настоящее время широко используются для изготовления линз в Китае. Многие предприятия и в Японии, и в Корее применяют смеси CR-39 и материалов со средним значением показателя преломления для производства линз (nd от 1,55 до 1,56). Линзы из материалов этой категории в зависимости от состава могут выдерживать или не выдерживать испытание падающим шариком.
В 2002 году появились первые очковые линзы из трайвекса. Этот прозрачный материал на основе полиуретана первоначально был создан компанией PPG Industries и применялся для нужд военной промышленности. Положительные характеристики трайвекса: одно из самых низких значений удельного веса – 1,11 г/см3, большое число Аббе – в пределах 43–46 (у поликарбоната 29–31), высокие показатели прочности и устойчивости к ударным нагрузкам и устойчивость к воздействию растворителей. Его показатель преломления составляет 1,53.

Органические материалы с высоким и сверхвысоким значениями показателя преломления (1,59–1,76)

Материалы этой группы были разработаны японской компанией Mitsui Che­micals Inc. для удовлетворения потребности рынка в более тонких линзах, причем большинство являются реактопластами на основе уретана. Материалы с показателем преломления 1,60 и выше появились в конце 1980-х годов. Для достижения более высокого показателя преломления вводятся специальные компоненты – производные бензола и серы. Как и в случае минерального стекла, при получении высокого показателя преломления приходится жертвовать числом Аббе и удельным весом. Компания Mitsui Chemicals Inc. является мировым лидером в производстве высокопреломляющих оптических материалов для изготовления очковых линз. В ее ассортименте представлены материалы с высоким и сверхвысоким значениями показателя преломления: MR-8 – материал с хорошо сбалансированными оптическими свойствами и показателем преломления 1,60; MR-7 и MR-10 – материалы с показателем преломления 1,67; MR-174 – материал со сверхвысоким показателем преломления, позволяющий выпускать самые тонкие на сегодняшний день очковые линзы. Также компания выпускает материалы серии UV+420cut со значениями показателя преломления 1,60; 1,67 и 1,74, отрезающие излучение синего диапазона спектра с длиной волны до 420 нм, и материал MR-8 Plus с более высокой ударопрочностью. Очковые линзы из материалов серии MR производят следующие компании: Asahi Lite Optical Co., BBGR, Chemiglas Corporation, Daemyung Optical Co., Essilor Internatio­nal, Hanmi Swiss Optical Co., Hoya Corporation, Korea Optical Co., Nikon Essilor Co., Rodenstock, Seiko Optical Products, Shamir Optical Industry, Somo Optical Co., Specialty Lens Corporation, Tokai Optical Co., Youn­ger Optics, Zeiss Vision Care.
В настоящее время уровень продаж материалов с показателем преломления 1,67 растет наиболее быстро. Линзы из материала с самым высоким на сегодня показателем преломления 1,76 представлены в ассортименте компании Tokai Optical.
Ниже рассматриваются еще два материала с высоким показателем преломления.
Поликарбонат – прозрачный термопласт с показателем преломления 1,59, внедрение которого в оптическую промышленность состоялось благодаря радикальному улучшению оптических свойств и однородности при производстве компактных дисков и изделий электроники. Сам материал был открыт в 1953 году химиками Шнеллем (H. Schnell) из компании Bayer AG (Германия) и Фоксом (D. W. Fox) из компании General Electric (США) независимо друг от друга. Впервые линзы из поликарбоната были выпущены компанией Gentex Corporation в начале 1980-х годов методом литья под давлением. Убедившись в росте спроса на поликарбонатные линзы, компания Essilor приобрела в 1995 году фирму Gentex Corporation, занимающуюся их массовым изготовлением. В результате Essilor стала ведущим производителем поликарбонатных линз в мире и начала активно продвигать их на мировой оптический рынок. Этот материал для очковых линз является конкурентоспособным по стоимости по сравнению с CR-39, при этом линзы на его основе легче и тоньше линз из CR-39.
Однако поликарбонат уступает CR-39 по оптическим свойствам, к тому же он имеет одно из самых низких число Аббе – 29–31. Широкое проникновение линз из этого материала на рынок США произошло после обязательного внедрения строгих требований по ударопрочности очковых линз. Сегодня он применяется в производстве линз для спортивных, детских, защитных очков.
Трибрид – материал с показателем преломления 1,60, который создан компанией PPG Industries по гибридной технологии на основе трайвекса и высокопреломляющих материалов, что позволило объединить в нем достоинства трайвекса, такие как хорошие оптические свойства, малый вес изготовленных из него линз, высокая механическая прочность и устойчивость к ударным нагрузкам, и преимущества высокопреломляющих материалов, такие как меньшая толщина и вес производимых из них линз эстетически привлекательного вида. Линзы из трибрида появились на рынке стран Европы в 2011 году, а в продаже в США – в 2013 году. Сегодня они представлены в ассортименте продукции таких компаний, как Thai Optical (Таиланд), D.A.I. Optical Industries (Италия), Novacel (Франция), Sha­mir Optical Industry (Израиль), Seiko Optical Products (Япония), и ряда других.

Модифицированные материалы для очковых линз

Поляризационные материалы

Первый синтетический поляризационный материал был выпущен Эдвином Лэндом (Edwin Land), создателем компании Polaroid, в 1929 году. Первые заготовки для корригирующих поляризационных линз NuPolar выпустила компания Younger Optics в 1994 году. Основным элементом поляризационных линз является размещенная внутри них поляризационная пленка-фильтр, которая не пропускает к глазам мешающий блеск и плоскополяризованный свет от гладких отражающих поверхностей, таких как снег, лед, мокрый асфальт. Эти линзы обеспечивают пользователю более четкое и комфортное зрение, превосходя по эффективности защиты обычные солнцезащитные линзы. Поляризационные линзы можно изготавливать ламинированием, штамповкой, литьем под давлением и полимеризацией в форме. Наиболее современные методы – это литье под давлением и полимеризация в форме, когда поляризационную пленку помещают в форму и подают затем расплав мономера или жидкую мономерную смесь. После полимеризации или затвердевания материала пленка становится неотъемлемой частью поляризационной линзы, что помогает избежать расслаивания последней и обеспечивает высокую адгезию.
Поляризационные очковые линзы завоевали устойчивое место на оптическом рынке и превратились в наиболее высокотехнологичный вид солнцезащитных линз, обеспечивая максимум защиты от избыточного солнечного света и отраженного блеска. Они широко применяются в солнцезащитных очках премиум-сегмента, причем не только в специальных, но также в модных и корригирующих. Сегодня такие линзы имеются в ассортименте продукции не только ведущих мировых производителей, но и небольших рецептурных лабораторий.

Материалы для фотохромных линз

Главным свойством фотохромных линз является их способность изменять светопропускание под воздействием светового излучения. Явление фотохромизма, то есть изменение цвета некоторыми химическими веществами под влиянием света и возвращение к исходному цвету в отсутствие источника освещения, было открыто в конце XVIII века. Но лишь во второй половине XX века принцип фотохромизма нашел свое практическое применение – в 1964 году компания Corning выпустила на рынок первые неорганические фотохромные линзы PhotoGray. В качестве фотохромных добавок в неорганических линзах применялись галогениды серебра и меди. Первые органические фотохромные линзы появились в начале восьмидесятых, когда компания American Optical выпустила линзы Photolite, однако по своим характеристикам они уступали имеющимся на рынке минеральным: медленнее происходил переход из активированной в дезактивированную стадию, проявлялись нежелательные цветовые оттенки.
Компания PPG Industries провела серьезные исследования по разработке пигментов и технологий для производства фотохромных линз из пластмассы, потратив на эти цели более 85 млн долл. США. В результате была создана технология производства органических фотохромных линз. В 1990 году было основано совместное предприятие PPG Industries с компанией Essilor International – фирма Transitions Optical, которая в 1991 году выпустила на рынок первые коммерчески успешные органические линзы под маркой Transitions. Это первое поколение фотохромных органических линз быстро завоевало популярность на оптических рынках многих стран. Дальнейшее усовершенствование технологии привело к появлению новых поколений линз марки Transitions: Transitions Plus, Transitions III, Transitions Next Generation, Transitions V ESP, Transitions VI. Сегодня на рынке представлено седьмое поколение органических фотохромных линз – Transitions Signature VII. В июле 2013 года компании PPG Industries и Essilor International объявили о том, что они достигли соглашения о приобретении компанией Essilor International у компании PPG Industries 51 % принадлежащего ей пакета акций компании Transitions Optical, и в 2014 году компания Essilor International стала владельцем 100 % ее акций.
Между минеральными и органическими фотохромными линзами существует значительная разница в процессе производства. При изготовлении минеральных фотохромных линз неорганические пигменты добавляются в шихту для варки стекла и впоследствии равномерно распределяются в полученной заготовке. Для производства органических фотохромных линз используется несколько методов введения фотохромных пигментов:
  • Введение в массу полимера. В этом случае производство начинается с равномерного распределения фотохромных пигментов в жидком мономере, после чего осуществляется полимеризация фотохромных линз и заготовок. Примером служит технология SunSensors, разработанная Corning и проданная Thai Optical Group.
  • Имбайбинг – поверхностное внедрение. В этом случае фотохромные добавки распределяются в тонком поверхностном слое на глубину примерно 0,15 мм, аналогично тому, как это происходит при окрашивании органических линз из CR-39.
  • Нанесение фотохромных покрытий. Данный метод производства фото­хромных линз  предусматривает нанесение покрытия с заранее распределенными в нем органическими пигментами на поверхность линз. По данному методу компании производят фотохромные линзы из следующих материалов: поликарбоната, трайвекса, высокопреломляющих пластмасс с показателем преломления 1,60 и выше.
С каждым годом технологии производства подобных линз становятся все более совершенными. На сегодняшний день выбор фотохромных очковых линз весьма широк: выпускаются очковые линзы разнообразного дизайна, из минеральных и органических материалов с различными показателями преломления и различными оттенками в активированной стадии, а также совместимые с разнообразными оптическими покрытиями. Помимо адаптации к освещенности окружающей среды, очки с фотохромными линзами стали комфортнее, а также дарят целый ряд дополнительных функций: защиту от ультрафиолета, блокировку вредного сине-фиолетового света от экранов электронных устройств, обеспечение четкого зрения, устранение бликов и приглушение яркого света. Кроме того, фотохромные линзы стали привлекательнее внешне и выпускаются разных цветов.
Материалы для очковых линз претерпели громадные изменения со времени появления первых средств коррекции зрения. Надеемся, что их развитие будет продолжаться, и на рынке появятся еще более тонкие, легкие и безопасные материалы, линзы из которых обеспечат не только остроту зрения и сохранение здоровья глаз, но и привлекательный внешний вид пользователей очков.

*  См.: The history of glasses. From their origins as “reading stones” to lifestyle accessories // ZEISS [Electronic resource]. URL: https://www.zeiss.com/vision-care/us/better-vision/understanding-vision/the-history-of-glasses.html (дата обращения: 11.06.2019).

Ольга Щербакова
ПРИ НАПИСАНИИ СТАТЬИ ИСПОЛЬЗОВАНЫ МАТЕРИАЛЫ АВТОРА В ЖУРНАЛЕ «ВЕКО», А ТАКЖЕ БРОШЮРЫ «CR-39. CELEBRATING 50 YEARS. MORE THEN MEETS THE EYE», ОПУБЛИКОВАННОЙ НА САЙТЕ PPG (WWW.PPGOPTICAL.COM)




Читайте также




Раздел: Очковые линзыПросмотров: 266

Реклама
Закрыть
Яндекс.Метрика