DE4336122C1 - Hochbrechendes ophtalmisches Glas und Verwendung des Glases - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Gläser mit hohem Brechungsindex, d. h. Glä­ ser, die Brechungsindizes n_e von höher als 1,6, bevorzugt 1,66 und höher besitzen. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Herstellung von Gläsern, die geeignet sind als Segmente für hochbrechende multifokale pho­ tochrome Brillengläser.

Multifokale photochrome Brillengläser werden seit Mitte der 70er Jahre vermarktet. Die photochromen Gläser, die für den größeren Teil der Linse in multifokalen Brillengläsern benutzt wurden, hatten ursprünglich einen Brechungsindex von 1,523. Die für diese Gläser benutzen Nahteile besaßen Brechungsindizes zwischen 1,58 und etwa 1,7.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein photochromes Glas mit einem höheren Brechungsindex sowohl kosmetische als auch gewichtsmäßige Verbesserungen bei Brillen ergibt, insbesondere bei solchen, die eine hohe negative Diop­ trienzahl besitzen. Der hauptsächliche Vorteil dieser Gläser mit höherem Brechungsindex beruht auf der Tatsache, daß die Stärke des Brillenglases im Randbereich vermindert ist. Diese hochbrechenden Gläser haben im allge­ meinen einen Brechungsindex von 1,6. Um eine vergleichbare Leistung für den Nahbereich, d. h. die Lesedistanz zu erreichen, werden höherbrechende Segmentgläser benötigt. Natürlich müssen diese höherbrechenden Segment­ gläser ebenfalls alle die anderen chemischen und physikalischen Eigen­ schaften haben, die auch für die konventionellen Segmentgläser erforder­ lich sind, z. B. gute chemische Beständigkeit, einen an das Hauptglas an­ gepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, ein Viskositätsverhalten, das ein gutes Schmelzen und Formen sowie eine gute Verschmelzbarkeit mit dem Hauptglas ermöglicht usw.

Um alle Anforderungen an multifokale ophtalmische Gläser über den gesamten Bereich der Brillenglas-Verschreibungen zu erfüllen, werden mehrere Glä­ ser, die einen Bereich von Brechungsindizes überstreichen, benötigt. Die Brechungsindizes von Segmenten für Brillen mit einem Hauptteil von 1,6 liegen in der Regel zwischen 1,66 und 1,81.

Glaszusammensetzungen für photochrome Linsen mit einem Brechungsindex von 1,6 sind z. B. in US-PS 5,023,209, US-PS 5,104,831 oder US-PS 5,217,927 beschrieben.

Ein Nahteil-Glas für ein hochbrechendes multifokales photochromes Brillen­ glas ist z. B. beschrieben in US-PS 5,162,826. Dieses Glas hat eine Zusam­ mensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) von: SiO₂ 24-42; Al₂O₃ 3-7,5; B₂O₃ 2- 7,5; PbO 35-57; Li₂O 0-2; Na₂O 0-2; K₂O 0-3; Li₂O + Na₂O + K₂O 0-3,5; La₂O₆ 1-8; ZrO₂ 0-2,5; TiO₂ 0-8; La₂O₃ + ZrO₂ + TiO₂ 4-12.

Dieses Glas hat einen Brechungsindex zwischen etwa 1,66 und 1,81, eine Ab­ bezahl von etwa 28-34 sowie einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 25°C bis 300°C von etwa 5,3 bis 6,5 × 10^-6 pro °C.

US-PS 4,824,809 bezieht sich auf Gläser mit Brechungsindizes zwischen 1,73 und 1,78. Diese Gläser bestehen in Gew.-% aus: SiO₂ 12-20; B₂O₃ 10-18; PbO 50-60; ZrO₂ 0,5-3; La₂O₃ 2-10; Cs₂O 0-5; Al₂O₃ 2-7; ZnO 0-4; TiO₂ 0-5; Na₂O + K₂O + Li₂O 0-1.

DE-PS 41 01 365 beschreibt ein für die Herstellung von Multifokalgläsern geeignetes ophtalmisches Glas, das einen hohen BaO- und einen niedrigen PbO-Gehalt aufweist und das Brechwerte von n_d 1,66 bis n_d 1,70 erreicht.

DE-PS 30 08 613 beschreibt eine Glaszusammensetzung für ein Multifokalglas mit einem Brechungsindex n_D von 1,58-1,71 das einen hohen Al₂O₃-Anteil aufweist und frei ist von ZnO oder ZrO₂.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hochbrechendes Glas zu fin­ den, daß als Nahteil in hochbrechenden multifokalen photochromen Brillen­ gläsern Verwendung finden kann, wobei durch Variation der Zusammensetzung die Brechungsindizes über einen weiten Bereich von etwa 1,66 bis 1,81 va­ riiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Glas gelöst.

Das Glas hat die Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) von: 28-40 SiO₂; 0-8,5 B₂O₃; 0-1 Li₂O; 0-2,5 Na₂O; 0-5 K₂O; 0-5 Σ Li₂O + Na₂O + K₂O; 0-6 CaO; 0-6 SrO; 6-12 BaO; 9-16 ZnO; 32-40 PbO; 0,3-7 TiO₂; 0,3-5 ZrO₂.

Die Gläser auf der Basis dieser Zusammensetzung besitzen Brechungsindizes n_e zwischen 1,66 und 1,81, Erweichungspunkte zwischen 650 und 700°C, Transformationstemperaturen Tg zwischen 520 und 560°C sowie einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 25 °C bis 300°C von 5,7 bis 6,8 × 10^-6 K^-1. Sie sind durch diese thermi­ schen Eigenschaften sehr gut verschmelzbar mit den bekannten hochbrechen­ den Gläsern für den Fernteil eines photochromen multifokalen Brillengla­ ses, wie es z. B. in US-PS 5,104,831 oder US-PS 5,217,927 beschrieben ist. Diese Gläser besitzen eine Transformationstemperatur von ungefähr 530°C, einen Erweichungspunkt von etwa 690°C und einen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten α im Bereich von 20-300°C von etwa 6 × 10^-6 × K^-1.

SiO₂ als molarer Hauptbestandteil des Glases ist primär verantwortlich für die gute chemische Beständigkeit sowie die Kristallisationsstabilität des Glases. Ein Gewichtsanteil von unter 28% führt nicht nur zu einer schlechteren chemischen Beständigkeit und Kristallisationsstabilität son­ dern verschlechtert auch die relative Teildispersion erheblich. Bei einem Gewichtsanteil von über 40% können Gläser mit dem gewünschten hohen Bre­ chungsindex häufig nicht mehr erhalten werden.

B₂O₃ beeinflußt positiv das Schmelzverhalten sowie die relative Teildis­ persion, muß aber nicht unbedingt in dem Glas enthalten sein. Ein Anteil von 8,5 Gew.-% B₂0₃ sollte jedoch nicht überschritten werden, da dann die Gefahr besteht, daß die Beständigkeit, insbesondere gegenüber Säuren, zu gering wird. Lithiumoxid, Natriumoxid und Kaliumoxid verbessern das Ein­ schmelzen des Gemenges bei der Glasherstellung, außerdem haben sie schon bei sehr geringen Mengen eine sehr hohe Wirkung auf die Viskosität und die thermische Ausdehnung des Glases. Li₂O soll dabei höchstens in Mengen von bis zu 1 Gew.-% in dem Glas vorhanden sein, da darüber hinaus die Gefahr der Entglasung steigt. Die Höchstmenge der anderen Alkalioxide Na₂O und K₂O soll jeweils nicht über 2,5 bzw. 5 Gew.-% liegen. Die Gesamtmenge an Li₂O + Na₂O + K₂O darf wegen der erwähnten Gefahr der Entglasung 5 Gew.-% nicht überschreiten.

Die Erdalkalioxide Kalzium-, Strontium- und Bariumoxid dienen hauptsäch­ lich der Brechzahlerhöhung. Bariumoxid hat sich hinsichtlich seines Ein­ flusses auf den Viskositätsverlauf sowie auf die chemische Beständigkeit des Glases als geeigneter zur Brechzahlerhöhung erwiesen, als Kalzium- und Strontiumoxid. Der Anteil an Bariumoxid soll daher zwischen 6 und 12% liegen, während die Höchstmenge an Kalziumoxid und Strontiumoxid jeweils 6 Gew.-% betragen darf. Es wird allerdings bevorzugt, wenn die Summe an Kal­ zium- und Strontiumoxid 6 Gew.-% nicht überschreitet.

Zinkoxid hat einen großen Einfluß auf die thermische Dehnung des Glases und dient nur in zweiter Linie der Brechzahlerhöhung. Es soll in Gewichts­ anteilen von 9-16% in dem Glas vorhanden sein.

Bleioxid (PbO) ist wichtig für die Erreichung einer hohen Brechzahl des Glases und beeinflußt die Viskosität im Schmelz- und Verschmelzbereich po­ sitiv. Es ist in dem Glas in Mengen von 32-40 Gew.-% vorhanden. Der Nach­ teil eines hohen Bleioxid-Anteils ist allerdings eine hohe Dichte und eine hohe Teildispersion, so daß ein Anteil von deutlich über 40 Gew.-% PbO un­ erwünscht ist.

Titandioxid und Zirkondioxid erhöhen stark die Brechzahl und verbessern deutlich die chemische Beständigkeit des Glases. Sie sind in Mengen von 0,3 bis 7 Gew.-% bzw. 0,3 bis 5 Gew.-% in dem Glas vorhanden. Gehalte von über 7 Gew.-% TiO₂ bzw. über 5 Gew.-% ZrO₂ können allerdings bereits zu merklichen Schmelz- bzw. Kristallisationsproblemen führen.

Das Glas kann ferner ggf. noch übliche Läuterhilfsmittel enthalten z. B. As₂O₃, Sb₂O₃ oder CeO₂, wobei die beiden ersteren bevorzugt sind und in Mengen von bevorzugt nicht mehr als 0,5, insbesondere nicht mehr als 0,3 Gew.-% in dem Glas vorhanden sind. Bei der Läuterung mit CeO₂ sind be­ kanntlich geringfügig größere Mengen erforderlich, jedoch soll der Gehalt an CeO₂ in dem Glas 0,7 Gew.-% nicht überschreiten. Eine Läuterung mit CeO₂ erzeugt in dem Glas einen Gelbstich; man wird daher eine solche Läu­ terung nur vornehmen, falls ein derartiger Gelbstich erwünscht ist.

Falls eine Grundeinfärbung des Glases erwünscht ist, kann auch noch in an sich bekannter Weise eine geringe Menge färbender Oxide in dem Glas vor­ handen sein, im allgemeinen in Mengen von nicht mehr als bis zu insgesamt 1,5 Gew.-%. Insbesondere geeignet sind z. B. bis zu 1 Gew.-% Er₂O₃, Nd₂O₃ und/oder 0,1 Gew.-% CoO, 0,3 Gew.-% NiO oder 0,1 Gew.-% Cr₂O₃.

Infolge seiner guten optischen und physikalischen Eigenschaften eignet sich das Glas besonders für ein multifokales Brillenglas, das aus einem größeren Linsenteil (Fernteil) und einem daran angeschmolzenen Segment aus Glas mit hohem Brechungsindex (Nahteil) besteht, wobei der größere Linsen­ teil (der Fernteil) aus einem photochromen Glas hergestellt wird, das ei­ nen Brechungsindex von ungefähr 1,6, einen Erweichungspunkt von ungefähr 690°C, eine Transformationstemperatur Tg von etwa 530°C und einen line­ aren thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich 20-300°C von et­ wa 6,0 × 10^-6 pro K besitzt und wobei das Segment mit hohem Brechungsindex (das Nahteil) aus dem erfindungsgemäßen Glas hergestellt ist und einen Brechungsindex n_e zwischen ungefähr 1,66-1,81, einen Erweichungspunkt zwi­ schen ungefähr 660 und 700°C, eine Transformationstemperatur Tg zwischen 520 und 560°C und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten α (20-300°C) zwischen 5,7 und 6,8 × 10^-6 K^-1 sowie die in Patentanspruch 1 angegebene Zusammensetzung besitzt.

In der Tabelle sind Beispiele für erfindungsgemäße Gläser in Gew.-% auf Oxidbasis gezeigt. Die Ansätze wurden in an sich bekannter Weise aus übli­ chen Glasrohstoffen in einem Platintiegel bei etwa 1350°C geschmolzen.

In der Tabelle bedeuten n_e und ν_e die bei den entsprechenden Wellenlängen gemessenen Brechungsindizes bzw. Abbezahlen.

Claims (2)

1. Glas mit einem Brechungsindex n_e zwischen 1,66 und 1,81, einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α 20/300 zwischen 5,7 und 6,8 × 10^-6 K^-1, einem Erweichungspunkt zwischen 650°C und 700°C, einer Transformationstemperatur Tg zwischen 520°C und 560°C und einem Gehalt (in Gew.-% auf Oxidbasis) von: SiO₂ 28-40 B₂O₃ 0-8,5 Li₂O 0-1 Na₂O 0-2,5 K₂O 0-5 Σ Li₂O+Na₂O+K₂O 0-5 CaO 0-6 SrO 0-6 BaO 6-12 ZnO 9-16 PbO 32-40 TiO₂ 0,3-7 ZrO₂ 0,3-5.

2. Verwendung eines Glases nach Anspruch 1 als Nahteil eines multifoka­ len Brillenglases, wobei dieses Nahteil mit einem größeren Fernteil verschmolzen ist, das aus einem photochromen Glas besteht, das einen Brechungsindex n_e von ungefähr 1,6, einen Erweichungspunkt von unge­ fähr 690°C, eine Transformationstemperatur Tg von ungefähr 530°C und einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α 20/300 von etwa 6,0 × 10^-6 K^-1 besitzt.