Composición polimérica fotocrómica que comprende un producto de reacción de:

(a) al menos un material fotocrómico que tiene al menos un grupo polimerizable; y

(b) al menos un material copolimerizable con dicho material fotocrómico de (a); estando adaptado dicho material para formar un polímero tras una polimerización que tiene una temperatura de transición vítrea menor de 23ºC

Composiciones poliméricas fotocrómicas y artículos correspondientes.

Referencia cruzada a una solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica prioridad sobre la solicitud provisional con número de serie 60/345.166, presentada el 21 de Diciembre, 2001.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a una composición polimérica fotocrómica que puede ser usada en varias matrices poliméricas. Más particularmente, la presente invención se refiere a una composición polimérica fotocrómica que puede tener grupos químicos que convierten la composición polimérica fotocrómica en reactiva o más compatible con diferentes matrices poliméricas, por ejemplo, matrices poliméricas hidrófilas o hidrófobas. La presente invención se refiere también a composiciones y artículos que contienen y/o están revestidos con composiciones que contienen dicha composición polimérica fotocrómica.

Los materiales fotocrómicos exhiben un cambio de color reversible cuando son expuestos a radiación lumínica que implica rayos ultravioleta, tales como la radiación ultravioleta en la luz solar o la luz de una lámpara de mercurio. Se han sintetizado y sugerido varias clases de materiales fotocrómicos para un uso en aplicaciones en las que se desea un cambio de color u oscurecimiento reversible inducido por la luz solar.

El mecanismo general responsable del cambio de color reversible, es decir, un cambio en el espectro de absorción en el intervalo visible de la luz (400-700 nm), exhibido por diferentes tipos de compuestos fotocrómicos se ha descrito y categorizado. Véase John C. Crano, "Chromogenic Materials (Photochromic)", Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Cuarta Edición, 1993, pp. 321-332. El mecanismo general para las clases más comunes de compuestos fotocrómicos, por ejemplo espiropiranos indolino y espirooxacinas indolino, implica un mecanismo electrocíclico. Cuando son expuestos a radiación activadora, estos compuestos se transforman desde un compuesto anillo cerrado incoloro a una especie anillo abierto con color. Por el contrario, la forma con color de los compuestos fotocrómicos fúlgidos se produce por medio de un mecanismo electrocíclico que implica la transformación de una forma anillo abierto incoloro en una forma anillo cerrado con color.

En los mecanismos electrocíclicos indicados anteriormente, los compuestos fotocrómicos requieren un entorno en el que puedan transformarse reversiblemente. En matrices poliméricas sólidas, se cree que las tasas a las que ocurren los procesos fotocrómicos de activación, es decir, formación de color u oscurecimiento, y decoloración, es decir, el retorno al estado original o incoloro, dependen del volumen libre en la matriz polimérica. Se cree que el volumen libre de la matriz polimérica depende de la flexibilidad de los segmentos de cadena del entorno polimérico que rodea el compuesto fotocrómico, es decir, la movilidad local o la viscosidad local de los segmentos de cadena que comprenden la matriz. Véase Claus D. Eisenbach, "New Aspects of Photochromism in Bulk Polymers", Photographic Science and Engineering, 1979, pp. 183-190. Uno de los obstáculos principales informado por Claus D. Eisenback, para la aplicación comercial más amplia de los sistemas fotocrómicos, es la baja tasa de decoloración y activación fotocrómica en una matriz sólida.

En los últimos años, los artículos fotocrómicos, particularmente materiales plásticos fotocrómicos para aplicaciones ópticas, han sido objeto de una atención considerable. Particularmente, se han investigado lentes plásticas oftálmicas fotocrómicas debido a la ventaja de peso que ofrecen en comparación con las lentes de vidrio. Además, las transparencias fotocrómicas para vehículos, tales como coches, barcos y aviones, han atraído un gran interés debido a las características de seguridad potenciales, que dichas transparencias ofrecen.

Aunque en la actualidad hay disponibles materiales fotocrómicos y materiales polimerizables fotocrómicos de buena intensidad y decoloración razonable, es deseable disponer de materiales fotocrómicos que sean menos dependientes de la matriz en la que se usan. También es deseable poder modificar la reactividad y/o la compatibilidad de dichos materiales fotocrómicos para que se correspondan de manera más exacta con las del sustrato o del material huésped.

Descripción detallada de la invención

Se hace notar que, tal como se usan en la presente especificación y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el", "la" incluyen referencias plurales si no se limitan expresa e inequívocamente a una referencia.

A pesar de que los intervalos numéricos y los parámetros usados para exponer el amplio ámbito de la invención son aproximaciones, los valores numéricos expuestos en los ejemplos específicos se indican tan precisamente como es posible. Sin embargo, cualquier valor numérico contiene, inherentemente, ciertos errores resultantes necesariamente de la desviación estándar encontrada en sus mediciones de ensayo respectivas.

El término "polimerización" es bien entendido por las personas con conocimientos en la materia. Una definición general puede encontrarse en Hawley's Condensed Chemical Dictionary Tercera Edición, 1997, John Wiley & Sons, páginas 901-902. Tal como se explica en este diccionario, la polimerización puede proceder en varias maneras, por ejemplo, pero sin limitarse a, mediante "adición", en la que radicales libres son los agentes iniciadores que pueden reaccionar con un enlace doble de un monómero añadiéndose al mismo en un lado y produciendo, al mismo tiempo, un nuevo electrón libre en el otro lado, o mediante "condensación", que implica la división de moléculas de agua por medio de dos materiales reactivos. Polimerizable significa que un material es capaz de ser sometido a polimerización, tal como se describe en la presente memoria. Ejemplos no limitativos de grupos polimerizables incluyen hidroxilo, carboxilo, amino, mercapto, anhídrido, epoxi, isocianato, vinilo, acriloxi, metacriloxi y una combinación de los mismos.

En una realización, la composición polimérica fotocrómica de la presente invención comprende un producto de reacción de al menos un material fotocrómico polimerizable y al menos un material copolimerizable diferente, teniendo dicho producto de reacción una temperatura de transición vítrea inferior a 23ºC y estando adaptado para proporcionar una semivida de decoloración reducida en el ensayo de rendimiento de polímero fotocrómico, descrito en la presente memoria en el Ejemplo 5, en comparación con el mismo material fotocrómico usado en el producto de reacción, pero libre de grupos polimerizables.

En el ensayo de rendimiento de polímero fotocrómico, los resultados para el cambio en la densidad óptica (?OD) y la semivida de decoloración (T ) de las muestras de ensayo que contienen la composición de polímero fotocrómico, son comparados con los resultados de las muestras de ensayo que contienen el material fotocrómico base, por ejemplo, el mismo material fotocrómico usado en el producto de reacción, pero libre de grupos polimerizables. El cambio en densidad óptica se determina según la fórmula: ?OD = log (%Tb %Ta), donde %Tb es el porcentaje de transmitancia en el estado decolorado, %Ta es el porcentaje de transmitancia en el estado activado y el logaritmo es de base 10. La semivida de decoloración (T ) es el intervalo de tiempo en segundos para que el cambio en la densidad óptica (?OD) de la forma activada del material fotocrómico en la muestra de ensayo alcance la mitad del nivel de ?OD a los quince minutos a 22ºC, 72ºF, después de la retirada de la fuente de luz activadora. El ensayo de rendimiento de polímero fotocrómico se describe adicionalmente en el Ejemplo 5.

En otra realización, la composición polimérica fotocrómica comprende un producto de reacción de:

La reducción en la semivida de decoloración...

1. Composición polimérica fotocrómica que comprende un producto de reacción de:

2. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 1, en la que el producto de reacción tiene un peso molecular medio en peso de 1.000 a 1.000.000, preferentemente de 1.500 a 100.000, más preferentemente de 3.000 a 10.000, según se determina mediante cromatografía de permeación en gel usando poliestireno como estándar.

3. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 1, en la que el material (a) fotocrómico comprende además al menos un grupo diferente además del grupo polimerizable, seleccionado de entre hidroxilo, carboxilo, amino, mercapto, anhídrido, epoxi, isocianato, acriloxi, metacriloxi, vinilo y otra combinación de los mismos.

4. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 1, en la que el producto de reacción comprende además al menos un grupo polimerizable residual.

5. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 4, en la que el grupo polimerizable residual es seleccionado de entre hidroxilo, carboxilo, amino, mercapto, anhídrido, epoxi, isocianato, acriloxi, metacriloxi, vinilo o una combinación de los mismos.

6. Composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material (a) fotocrómico comprende un compuesto fotocrómico que tiene al menos un máximo de absorción activado dentro del intervalo de 400 a 700 nanómetros.

7. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 6, en la que el compuesto fotocrómico es seleccionado de entre cromenos, espiropiranos, oxazinas, ditiozonatos órgano-metálicos, fúlgidos, fulgimidos o una mezcla de los mismos.

8. Composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material (a) fotocrómico comprende además al menos un grupo enlazador divalente no polimerizable que conecta el material base fotocrómico y el grupo polimerizable.

9. Composición polimérica fotocrómica según la reivindicación 8, en la que el grupo enlazador divalente no polimerizable es seleccionado de entre alquileno C₁-C₂₀, de cadena lineal o ramificada, polioxialquileno C₁-C₄, de cadena lineal o ramificada, alquileno C₃-C₂₀ cíclico, fenileno, naftileno, fenileno sustituido con alquilo C₁-C₄, mono- o poli-uretano alquileno (C₁-C₂₀), mono- o poli-éster alquileno (C₁-C₂₀), mono- o poli-carbonato alquileno (C₁-C₂₀) o una combinación de los mismos.

10. Composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material (b) copolimerizable está adaptado para formar un polímero tras una polimerización que tiene una temperatura de transición vítrea inferior a 0ºC.

11. Composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material (b) copolimerizable es polimerizable mediante radicación térmica, radiación actínica o una combinación de las mismas.

12. Composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material (b) copolimerizable comprende:

13. Artículo fotocrómico que comprende un polímero fotocrómico polimerizable, al menos parcialmente curado, según cualquiera de las reivindicaciones 1-12.

14. Artículo fotocrómico según la reivindicación 13, en el que el artículo comprende un polimerizado, al menos parcialmente curado, de la composición polimérica fotocrómica y un material co-polimerizable con dicha composición polimérica fotocrómica polimerizable.

15. Artículo fotocrómico según la reivindicación 13, en el que la composición polimérica fotocrómica polimerizable, al menos parcialmente curada, es en forma de partículas.

16. Artículo fotocrómico según la reivindicación 15, en el que las partículas tienen un tamaño medio de entre 0,01 µm y 100 µm.

17. Artículo fotocrómico según la reivindicación 15, en el que las partículas están al menos parcialmente revestidas.

18. Artículo fotocrómico según la reivindicación 17, en el que las partículas están al menos parcialmente revestidas con un revestimiento protector.

19. Artículo fotocrómico según la reivindicación 18, en el que el revestimiento protector es un revestimiento solgel.

20. Artículo fotocrómico que comprende un material huésped polimérico, al menos parcialmente curado, y una cantidad fotocrómica de al menos una composición polimérica fotocrómica según cualquiera de las reivindicaciones 1-12.

21. Artículo fotocrómico que comprende un sustrato que comprende un revestimiento al menos parcial de una composición de revestimiento fotocrómica, al menos parcialmente curada, según cualquiera de las reivindicaciones 1-12 sobre al menos una superficie de dicho sustrato.

22. Artículo fotocrómico según la reivindicación 21, en el que el sustrato comprende material de papel, vidrio, cerámica, madera, albañilería, tejido, metal o polimérico, en el que el material polimérico es preferentemente un material huésped polimérico.

23. Artículo fotocrómico según cualquiera de las reivindicaciones 20 y 22, en el que el material huésped polimérico es un polímero seleccionado de entre materiales poliméricos termoestables o termoplásticos.

24. Artículo fotocrómico según la reivindicación 21, en el que el material huésped polimérico es un polímero seleccionado de entre poli(uretano), poli(metacrilatos de alquilo C₁-C₁₂), dimetacrilatos de poli(oxialquileno), poli(metacrilatos de fenol alcoxilados), acetato de celulosa, triacetato de celulosa, acetato propionato de celulosa, acetato butirato de celulosa, poli(acetato de vinilo), poli(alcohol de vinilo), poli(cloruro de vinilo), poli(cloruro de vinilideno), policarbonatos termoplásticos, poliésteres, poliuretanos, polisilanos, polisiloxanos, politiouretanos, poli(tereftalato de etileno), poliestireno, poli(alfa metilestireno), copoli(estireno-metilmetacrilato), copoli(estireno-acrilonitrilo), polivinilbutiral y polímeros de monómeros de poliol(carbonato de alilo), monómeros de acrilato polifuncionales, monómeros de metacrilato polifuncionales, monómeros de dimetacrilato de polietilenglicol, monómeros de diisopropenil benceno, monómeros de dimetacrilato de bisfenol A etoxilados, monómeros de bismetacrilato de etilenglicol, monómeros de bismetacrilato de poli(etilenglicol), monómeros de metacrilato de fenol etoxilado, monómeros de acrilato de alcohol polihídrico alcoxilado, monómeros de pentaeritritol de dialilideno, monómeros de acrilato de uretano, monómeros de vinilbenceno, monómeros de estireno o una mezcla de los mismos.

25. Artículo fotocrómico según la reivindicación 21, en el que la composición de revestimiento fotocrómica, al menos parcialmente curada, comprende una composición polimérica formadora de película.

26. Artículo fotocrómico según la reivindicación 25, en el que la composición polimérica formadora de película comprende un polímero formador de película termoplástico o termoestable.

27. Artículo fotocrómico según la reivindicación 26, en el que el polímero formador de película es un polímero termoestable y es seleccionado de entre poliuretanos, resinas aminoplastas, poli(met)acrilatos, polianhídridos, poliacrilamidas, resinas epoxi o polisilanos.

28. Artículos fotocrómico según la reivindicación 21, que comprende además un revestimiento al menos parcial de una composición base, interpuesto entre la composición de revestimiento fotocrómico, al menos parcialmente curada, y el sustrato.

29. Artículo fotocrómico según la reivindicación 28, que comprende además un revestimiento al menos parcial de un revestimiento protector aplicado, al menos parcialmente, a la superficie de la composición de revestimiento, al menos parcialmente curada.

30. Artículo fotocrómico según cualquiera de las reivindicaciones 21-29, en el que el artículo fotocrómico es un elemento óptico.

31. Artículo fotocrómico según la reivindicación 30, en el que el elemento óptico es una lente oftálmica o una lente de contacto.