一种多功能防蓝光镜片的研发

＊吴国强 陈国良

（1.漳州市澳捷光学科技有限公司 福建 363000 2.闽南师范大学化学化工与环境学院 福建 363000）

1.引言

波长介于380nm至500nm之间的蓝光，普遍存在于太阳光和各类人造光源中。早在1996年，Noell等人首次实验证实了蓝光能够引起视网膜损伤，蓝光对人眼的危害由此得到人们的关注。法国视觉科学研究院研究发现，415～455nm的蓝光对人眼有害，通常称为有害蓝光。1989年，Andley等人认为，低于400nm的蓝光对视网膜造成损伤更为严重。2006年，国际电工委颁布的《光生物安全标准》（IEC62471—2006），单独列出蓝光危害。在2010年召开的国际光协会年会中，参会专家普遍认为短波蓝光能量高，可穿透晶状体，直达视网膜，会引起光敏感细胞缺少养分，引起不可逆的视力损伤。《中国眼镜科技杂志》于2013年指出：眼镜产业技术升级要求功能优先，镜片功能化的发展将成为必然趋势。2015年4月，蓝光对人体的光损伤和视觉健康的影响成为社会热点，并受到国务院的关注。2017年，有专家指出：目前防蓝光眼镜的质量参差不齐。2018年《光源与照明》发文和2019年在厦门召开有关防蓝光镜片技术和质量提升的研讨会，均认为研究蓝光危害及科学预防蓝光危害是极其必要的。由中国标准化研究院制定的国标《蓝光防护膜的光健康与光安全应用技术要求》（GB/T 38120—2019）于2020年7月1日实施。《蓝光防护膜的光健康与光安全应用技术要求》中对传统蓝光波段进行重新定义，将308～415nm和415～445nm定义为有害波段，将445～475nm和475～505nm定义为有益波段。可见，目前对有害蓝光的危害已达成共识，防蓝光镜片的生产工艺和产品质量参差不齐，镜片防蓝光、抗疲劳等功能化将成为镜片技术发展的必然趋势。

随着新兴光源技术的全面市场普及，蓝光对人体的光损伤和视觉健康的影响成为社会热点。目前医学上对于“蓝光伤害”并无可靠的治疗手段，最有效的方法还是佩戴蓝光防护眼镜。可见，找到屏蔽蓝光的方法，防止蓝光持续损伤人眼尤为重要。

防蓝光技术是防蓝光镜片的关键技术之一，是保证产品质量的基础，其技术水平高低直接影响到防蓝光镜片的质量和使用可靠性。普通防蓝光镜片一般采用镀膜反射蓝光技术或在原材料中加入了能吸收蓝光的特殊成分，其对短波蓝光阻隔性能欠佳，这是防蓝光镜片“卡脖子”关键技术瓶颈。随着有害蓝光高阻隔率蓝光产品的技术门槛大幅提高，行业知名品牌在功能防护产品的营销特别看重产品的高防护性能这一指标。因此研究新型先进的防蓝光镜片关键制造技术，开发高蓝光吸收比和高蓝光透射比，同时兼具防紫外线和硬化功能的镜片生产工艺，已成为防蓝光镜片行业迫切需要解决的技术课题。

镜片是眼镜的核心功能区。防蓝光镜片的研发涉及光学、眼科学、细胞学、模具、表面及结构物理等多学科交叉领域。佩戴防蓝光眼镜可有效矫正视力、调节光量，对保护眼睛安全有重要的意义。本文在企业11个相关专利的基础上，发挥多学科交叉协同创新机制，采用新型的“膜层反射+基片吸收”防蓝光技术，既能保证蓝光的阻隔率又能使镜片清晰透明，并增加防雾及光致变功能，实现一镜多用，可望为防蓝光镜片的发展提供新的参考。

2.材料与方法

主要材料包括：PA光学树脂、UV-329紫外线吸收剂、HALS光稳定剂、SiO2、Ti2O3等。

主要方法包括：真空镀膜方法、TFCalc膜系软件设计和提拉法等。

3.结果与讨论

(1)镜片防蓝光技术研发

普通的防蓝光技术主要采用单一的膜层反射技术或基片吸收技术，本文采用新型的“膜层反射+基片吸收”双重防蓝光技术，集合以上两种技术的优势，兼具双重手段双效防护，既能保证有害蓝光的高阻隔率（低透射比）又能使镜片清晰透明，即能保证有益蓝光的高透射比。

本文研发的“基片吸收”技术采用吸收型解决方案，是以UV-329为紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂（HALS）为防蓝光吸收剂。即在带搅拌的反应器内，加入一定量的光学树脂、UV-329和HALS，将其混合均匀并经滤膜过滤后，在常温和压力小于2kPa下，脱气一定时间后，恢复常压。之后，用程序控制烘箱从常温升温到115℃±5℃，并维持一定时间，将材料烘干后，经高温注塑至镜片模具内成型，再待冷却和脱模后，即可得到具有一定蓝光吸收率的防蓝光镜片。

本文研发的“膜层反射”技术采用表面减反膜真空镀膜解决方案，是利用高低折射率材料对光的干涉现象，通过改变各个波段光的反射，设计一种特殊的镜片防蓝光表面减反膜真空镀膜工艺来完成的。该镀膜工艺采用TFCalc膜系设计软件，膜层由30层纳米薄膜组成，其中第一层为SiO2薄膜，第二层为Ti2O3薄膜，第三层为SiO2薄膜，构成一个循环，并如此循环叠加至30层。核心是控制各膜层的厚度和搭配的层间结构，可同时实现有害蓝光低透射比和有益蓝光高透射比，在允许有益蓝绿光透过眼睛的同时，又能防止眼睛受到会导致黄斑变性和白内障的有害蓝光的侵害。解决了传统高阻隔率蓝光防护产品不能同时实现有害蓝光高阻隔和有益蓝光高透射，存在色差大，佩戴舒适度差的缺陷。

具体实验结果（不同波长的蓝光吸收率）如图1所示。

图1 镜片波长与透射率的光谱图

从图1可以看出，位于光谱范围385～445nm有害蓝光的透射比低；而位于光谱范围445～505nm有益蓝光的透射比高，不仅能保证有害蓝光的高阻隔率又能使镜片清晰透明，达到预期的防蓝光的效果。

(2)防蓝光镜片防雾工艺的研发

镜片因湿雾会影响正常使用，有必要开展镜片的防雾技术开发。传统的镜片防雾是在镜片表面直接涂布含亲水基的聚合物涂层，因其与基材结合较弱，容易脱落，寿命短，尤其是无法在硬化层上进行防雾处理。镜片起雾的原因主要有两种：一是镜片内较热的气体遇较冷的镜片所产生的液化现象；二是被眼镜密封的皮肤表面的水分蒸发，在镜片上的气体凝结。

本文研发了一种新型的亲水性防雾涂层工艺。该工艺既可在镜片硬化层上防雾处理，又可有效降低防雾膜层与水之间的表面张力。当水汽与低温的镜片表面接触时，冷凝水会在镜片表面均匀铺展，形成一层透明的水膜，而不会产生雾气，防雾效果好，解决了佩戴口罩使用时镜片内侧起雾，影响视觉的使用痛点。

该新型的亲水性防雾涂层工艺，其关键技术是防雾液的研发。本文研发的防雾液主要由防雾有效成分和水性聚合物等组成。水性聚合物主要作用是提高防雾液的黏度和防雾层的结合力。由此可实现50℃，180S不起雾（国标仅要求8S），防雾效果好。

图2为本文研发的防雾镜片在澳捷光学企业技术中心检测的防雾实验图。测试条件及效果为：将镜片防雾面覆盖在55℃±1℃的水蒸气上方，测试防雾效果＞180S。

图2 防雾实验图

(3)防蓝光镜片变色工艺的研发

变色镜片，也称为“感光镜片”。传统的变色镜片含有卤化银和微量氧化铜，存在变色速度慢和易失效等缺点。本文根据光色互变可逆反应原理，利用分子结构自身的反转开合实现光线的通过或阻挡，研发一种特殊的镜片膜层变色工艺，即在镜片表面涂覆一层厚度均匀的复合变色薄膜。其核心技术是光致变色液的开发。变色液主要由光致变色染料组成。由此开发的变色镜片可根据紫外线强度不同，自动调节可见光的透光率。变色性能指标T0/T1＞5（国标要求＞1.25），可快速实现从0号浅色镜片变至3号深色镜片。既可作为防蓝光眼镜使用，也可作为太阳眼镜使用。

具体实验结果（不同时间的投射率）如图3、图4所示。

图3 变色片的正向变色图

图4 变色片的逆向变色图

由于镜片的抗摩擦性能较差，有必要开展镜片加硬工艺的开发。镜片加硬是指通过对镜片的内外表面进行有机硅化，在镜片的内外表面形成热化学及机械性保护层，以增加树脂材料耐腐蚀和抗摩擦性能。本文通过提拉的方式在变色镜片表面涂覆一层加硬层，其核心是有机硅树脂加硬液配方及其工艺研发。本文研发的加硬液主要由硅溶胶、有机硅烷（如丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷等）和多种助剂组成，配制是在氮气的保护下进行的。该有机硅树脂加硬液是一种无色透明液体，固含量约12%，pH值约为6.3，易溶于异丙醇、乙醇、丁醇等有机溶剂中。由此制备的加硬层具有优良的抗磨擦性能、附着性能和柔韧性等特点，可有效提高镜片耐刮性能。由此得到的加硬层，其硬度可达到2H。

图5是将测试样品固定在一个坚固的水平面上，使铅笔以45°角对准该测试样品，同时施加压力500g，测试的铅笔硬度图，其硬度可达到2H。

图5 镜片的铅笔硬度图

4.结语

本文开发出一种新型先进的“膜层反射+基片吸收”双重防蓝光技术；“基片吸收”采用吸收型解决方案、“膜层反射”采用表面减反膜真空镀膜解决方案。该新型先进的蓝光防护膜的有害蓝光（光谱范围385～445nm）透射比低、蓝光防护膜的有益蓝光（光谱范围445～505nm）透射比高；并可实现防蓝光镜片的防雾性能大于180s不起雾，具有一定的先进性。