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當前,人們與手機、平板、電腦等電子設備的交互時間和頻次越來越多,加之過度用眼、熬夜晚睡等不良習慣,近視逐漸呈現發病年齡早、進展快、程度深等趨勢。據國家衛健委數據監測顯示,2020年全國總體近視率高達52.7%,其中約10%的近視學生為高度近視(注:近視度數達600度以上)。

作為視力健康的保障,眼鏡已成為近視人群日常生活中不可或缺的一部分。鏡片作為眼鏡功能機制的核心,主要結構包括基片和膜層兩部分。其中,膜層用于強化鏡片的特定功能,基片則是鏡片的材質載體,承載著鏡片的光學性能(折射率、阿貝數、透光度等),是決定鏡片品質的關鍵要素。

經過多年的持續研究與開發,益豐新材料股份有限公司(下文簡稱:益豐新材)逐步掌握了聚硫醇光學材料的核心技術,于2018年開始生產高折樹脂鏡片的關鍵單體——聚硫醇,填補了國內鏡片原料市場的技術空白和產品空白。目前,益豐新材已向多家行業內知名鏡片生產商供貨。

一 、樹脂鏡片材料的演變

眼鏡鏡片材料經歷了由光學玻璃、CR-39、PC/亞克力、聚氨酯樹脂等幾代材料的演變,到20世紀60～80年代,樹脂鏡片快速超過玻璃成為眼鏡鏡片的主要材料。由于鏡片折射率增加會加重色散現象,降低鏡片阿貝數,從樹脂鏡片的發展歷程來看,其材質主要沿著提高折射率、兼顧阿貝數的路徑進行改進。

樹脂鏡片材料的演變歷史

第一代:CR-39(低折鏡片)

烯丙基二甘醇二碳酸酯,即常見的CR-39材料,最初是由美國PPG公司于上世紀40年代開發,并逐漸應用于眼鏡鏡片,改善了玻璃材料易碎的缺點。CR-39鏡片的阿貝數較高,光學性能優異,折射率為1.49,目前已成為低折鏡片中使用最廣泛的材料。通常,相同度數下,鏡片的折射率越低,鏡片越厚重,折射率僅有1.49的CR-39鏡片勢必會給消費者帶來配戴厚重的問題,而尋求更高折射率的鏡片材料成為了此后研究的重點。

第二代:亞克力、PC(中高折鏡片)

20世紀70～80年代,亞克力和PC逐漸用于眼鏡鏡片材料,折射率在1.56～1.60之間,由此開啟了第二代樹脂鏡片材料,成為了目前中折射率鏡片的代表性材料。

PC(聚碳酸脂)材料最早是在20世紀60年代后期的“太空競賽”中發展起來,由于優越的抗沖擊性能,其應用范圍逐漸從宇航員的頭盔、面罩發展至安全防護眼鏡方面,并于上世紀70年代被用作鏡片材料。實踐發現,PC材料比重低(較為輕質)、抗沖擊性能強(耐摔),但阿貝數較低,僅為29左右;亞克力(PMMA,聚甲基丙烯酸甲酯)用作眼鏡鏡片材料成本低廉、方便加工,但其阿貝數同樣較低,且抗沖擊性能較差。

第三代:聚氨酯材料(高折鏡片)

1987年,三井化學首次將聚氨酯材料應用于眼鏡鏡片,并命名為“MR”鏡片材料,開啟了高折射率鏡片時代,即第三代樹脂鏡片材料時代。迄今為止,三井化學已推出MR-8、MR-7/10、MR-174等聚硫氨酯鏡片材料,不同折射率滿足了消費者的不同配戴需求。與傳統樹脂鏡片材料相比,該類鏡片材料具有折射率高、色散低、質量輕、耐磨和抗沖擊等優點,在保持高透光率的情況下,材料的霧度指標、紫外線阻隔能力等性能得到了提升,目前已成為高折眼鏡鏡片的首選材料。

各鏡片材料的相關性能指標比較如下:

不同類型光學材料性能對比

二 、聚硫氨酯鏡片的生產工藝

聚硫氨酯鏡片對單體材料的純度、色度、折射率等指標的要求極高,目前,該鏡片材料生產采用一次性熱固化成型工藝,可分為預聚物生產、聚合固化兩個工藝步驟。在預聚物生產階段,基礎化學原料按照一定的配方比例混合,輔以催化劑、特定的溫度、環境,經一定時間的聚合反應后,生成較大分子的預聚物。在鏡片固化階段,預聚物被注入鏡片模具,在特定的溫度、環境下,經一定時間的聚合固化,形成固態的鏡片基片。

就聚硫氨酯鏡片工藝流程而言,聚硫醇和異氰酸酯是其基片生產的核心原料。具體工藝流程包括:①單體的配制:A組分異氰酸酯與B組分聚硫醇混合;②料液的澆注與固化:采用程序升溫烘箱第一次升溫固化;③開模、磨邊、清洗;④二次固化:于二次固化爐中消除鏡片內應力;⑤加硬、鍍膜:目的為提高表面耐磨性及透光率。

鏡片生產工藝流程

三 、益豐新材——引領聚硫醇國產替代的進程

作為決定鏡片折射率的關鍵材料,聚硫醇在國內市場存在諸多技術和產品空白。經過多年持續的研究與開發,益豐新材逐步掌握了聚硫醇光學材料的核心技術,開啟了高折鏡片材料關鍵單體———聚硫醇的國產化進程,提升了我國新材料自主供給和保障能力,對樹脂鏡片行業的發展具有重要意義。

益豐新材是一家聚焦光學新材料產品研發、生產和銷售的企業,現已開發出聚硫醇504、405兩款1.60/1.67高折射率眼鏡鏡片單體材料,其聚硫醇材料已連續三年入選《山東省重點新材料首批次應用示范指導目錄》。此外,益豐新材還具備聚硫醚光學樹脂材料相應的生產技術,該材料是生產1.71、1.74折射率樹脂鏡片的關鍵單體。未來兩年內,益豐新材將對其進行裝置投產,并實現工業化生產,以滿足市場對超高折樹脂鏡片單體材料的需求。

鏡片邊緣厚度較低折射率普通鏡片薄1/3

抗沖擊強度是普通鏡片6倍

當前,隨著智能手機等電子設備的不斷普及,全球需要視力矯正人群正在迅速增加。澳大利亞布萊恩·霍頓視覺研究所在一項關于近視健康的研究中表示,到2050 年,全球人口的一半(約50億)可能會受到近視的影響,高度近視的人群也將逐漸增加。隨著居民消費水平的不斷提升,未來,“更輕、更薄、更清晰”的高折樹脂鏡片將成為消費者的必然需求,而益豐新材作為國內生產高折鏡片關鍵單體的企業,始終致力于用技術力量突破新一代視光材料,全方位保護國人視力健康。