Objeto fotocrómico de plástico.

Objeto de plástico fotocrómico para fines oftálmicos, elegido entre cristales para gafa de todo tipo,

inclusive gafas de sol, gafas protectoras y viseras para cascos, constituido por un material de plástico polímero, donde por lo menos una estructura huésped inorgánica que presenta una o varias moléculas colorantes fotocrómicas orgánicas incorporadas, se introduce o se deposita formando un material fotocrómico nanocomposito, donde los poros de la estructura huésped en la que se incluyen una o varias moléculas de colorante fotocrómico orgánico, tienen un diámetro de 1,5 a 5 nm.

La presente invención se refiere a un objeto fotocrómico de plástico, constituido por un material de plástico polímero transparente, donde por lo menos una estructura huésped inorgánica, esencialmente mesoporosa, que presenta una o varias moléculas colorantes fotocrómicas orgánicas incorporadas, se introduce o se deposita formando un material fotocrómico nanocomposito. Contrariamente a los planteamientos disponibles en el estado de la técnica, según la presente invención no se añaden colorantes orgánicos fotocrómicos en forma molecular a la mezcla monómero / prepolímero del cristal plástico, sino que se utilizan partículas fotocrómicas nanocompositas o estructuras fotocrómicas nanocompositas para lograr la coloración.

Los objetos fotocrómicos de plástico en general, y los cristales fototrópicos para gafas de plástico en particular se pueden fabricar utilizando colorantes orgánicos fotocrómicos. Los colorantes para cristales fototrópicos para gafas deben cumplir varias condiciones: (i) elevados coeficientes de extinción, (ii) solidez a la luz / vida útil elevada, (iii) evolución cromática controlable en el oscurecimiento y aclaramiento a temperaturas diferentes así como (v) compatibilidad con el sustrato polímero. Estas condiciones las cumplen en particular ciertos compuestos de la clase de los piranos, en particular los naftopiranos y los sistemas anulares mayores, derivados de los mismos. Para su utilización en cristales oftálmicos resultan así mismo adecuados los colorantes espiro - oxacin y espiro - pirano que, hasta la segunda mitad de los años 90 constituían el estado de la técnica.

La coloración del plástico transparente que se utiliza como cristal para gafas se realiza en la industria de diversas formas: (i) mediante la coloración de la masa, donde, antes de la polimerización, se añade colorante a la mezcla monómera, (ii) la aplicación de una capa fina fotocrómica, donde el sustrato se provee por medio de spin coating, dip coating, etc. o la adhesión de una lámina, de una capa funcional generada según el método (i) , o (iii) mediante la coloración de superficie, en la que la coloración se realiza por termo - difusión de los colorantes fotocrómicos en el objeto de plástico.

En el nuevo entorno - una matriz -, las moléculas de colorante están sometidas a influencia tanto química como física y tienen que adaptarse al mismo . En la fabricación de cristales para gafas, debido a los requisitos del producto y de su aplicación, se utilizan plásticos y compuestos polímeros diferentes. Los polímeros endurecidos se distinguen por su índice de refracción, dureza, resistencia al choque, peso, etc.

El cambio de la matriz polímera puede tener repercusiones negativas sobre el comportamiento fotocrómico del colorante orgánico y, debido a ello, requerir enormes esfuerzos en investigación y desarrollo o incluso impedir la aplicación comercial de la clase de colorante. En DE 198 52 680, se señala por consiguiente que el estudio comparativo de los colorantes solo se puede realizar en la misma matriz.

El colorante y la matriz circundante son partes del sistema fotocrómico y por consiguiente no se pueden considerar de forma independiente. Las propiedades fotocrómicas son función, de una parte, de la elección de la clase de colorante y de la sustitución de su estructura básica y, de otra parte, de la matriz circundante. Si se consigue que los colorantes no dependan de los efectos de la matriz del material plástico de los cristales oftálmicos, ya no se aplican las limitaciones mencionadas. En EP 1 099 743 A1, se describe una forma de eliminar las limitaciones mencionadas. Se describe una "vaina protectora" para el centro de isomería del colorante abridor de anillo, que se adapta en dimensión molecular.

Lo que se pretende por lo tanto con la presente invención es presentar unos objetos de plástico fotocrómicos, cuyas propiedades fotocrómicas se puedan controlar independientemente del sustrato de plástico utilizado. Hasta la fecha, solo se podía obtener plásticos útiles (por ejemplo, policarbonato) utilizando el costoso método (ii) .

Este problema se resuelve con las formas de realización mencionadas en las reivindicaciones.

En particular, según la presente invención, se presenta un objeto de plástico fotocrómico para fines oftálmicos, elegido entre cristales para gafas de todo tipo, inclusive gafas de sol, gafas protectoras y viseras para cascos, constituido por un material de plástico polímero, donde por lo menos una estructura huésped inorgánica que presenta una o varias moléculas colorantes fotocrómicas orgánicas incorporadas, se introduce o se deposita formando un material fotocrómico nanocomposito, donde los poros de la estructura huésped en la que se incluyen una o varias moléculas de colorante fotocrómico orgánico, tienen un diámetro de 1, 5 a 5 nm.

Si, según la invención, se inmovilizan colorantes fotocrómicos adecuados en un material con configuración y ordenación interna y se utiliza esto en forma de partículas pequeñas o láminas finas en lugar de moléculas de colorante, como se describe en el estado de la técnica, las propiedades fotocrómicas sólo recibirán la influencia del material huésped de las moléculas y ya no la del polímero.

El material nano - composito fotocrómico previsto según la invención puede estar en forma de partículas o como capa estructurada.

Si se incorporan partículas en un sustrato polímero, el objeto de plástico contiene de preferencia más de 1% en peso de nano - composito.

Si el material nano -composito fotocrómico se encuentra como capa estructurada, suele tener grosores de capa de hasta varios micrometros.

En el marco de la presente invención, los poros de la estructura huésped en la que se incluyen una o varias moléculas de colorante fotocrómicas orgánicas, tienen un diámetro de 1, 5 a 5 nm.

En este sentido, es de uso corriente la expresión técnica Material huésped - anfitrión (host-guest material) , donde la mencionada matriz huésped posee una textura en forma de poros, oquedades o cámaras, que pueden presentar también reticulación bi- o tridimensional (D. Wöhrle, G. Schulz-Ekloff, Adv. Mater. 1994, 6, 875) . Tanto la dimensión de los huéspedes moleculares en inclusión como también de la matriz huésped circundante tienen escala nanométrica. Los especialistas consideran que estos sistemas son materiales nanocompositos (nanocomposite materials) (Chem. Mater. 2001, 13 (10) ) . Los materiales huésped inorgánicos reciben también el nombre de cribas moleculares (molecular sieves)

(D. Breck, Zeolite Molecular Sieves 1994, Wiley, Londres) .

La estructura huésped inorgánica es de preferencia un material inorgánico ordenado a base de SiO2, Al203, [m{Al203}. n{SiO2}], TiO2, ZnO, ZrO2 u otros óxidos metálicos así como sus óxidos mixtos, así como a base de alúmino - fosfatos. La estructura del óxido metálico se suele obtener por policondensación en presencia de estructuradores anfifilos. La estructura huésped puede ser cristalina u ordenada a distancia con paredes porosas amorías. Los sistemas porosos tienen acceso libre y pueden tener ordenaciones geométricas diferentes. La estructura hueca de los materiales huésped utilizados debe estar en condiciones de alojar sin esfuerzo la molécula huésped. Se distinguen los microporos (< 2 nm) , los mesoporos (</= 2 nm, </= 50 nm) y los macroporos (>/= 50 nm) (Nomenclatura IUPAC) .

Los zeolitos microporosos - alúmino - silicatos cristalinos [m{Al203}. n{SiO2}] - se obtienen de forma sol - gel - sintética utilizando cationes orgánicos. El tamaño de las jaulas de zeolitos es afectado por el efecto templado de los cationes. Mediante la síntesis in-situ de colorantes espiro - piranos en la llamada superjaula (diámetro 1, 3 nm) del zeolito Y (Faujasit, FAU) se pudo obtener diversos materiales huésped - anfitrión fotocrómicos. (Wöhrle et al., "In Situ Synthesis of Azo Dyes and Spiropyran Dyes in Faujasites and their Photocromic Properties", HOST-GUEST-SYSTEMS BASED ON NANOPOROUS CRYSTALS (2003) , Páginas 29-43, Weinheim, Alemania) . No obstante, estos ensayos han mostrado que con una oquedad y un tamaño de huésped casi idénticos, el efecto jaula descrito en los años 60 conduce a la estabilización de los isómeros incoloros y de color. Los nanocompositos oscurecidos sólo se aclaran bajo fuerte irradiación con luz visible y por lo tanto no se pueden utilizar según la presente invención.

Los colorantes naftopiranos... [Seguir leyendo]

1. Objeto de plástico fotocrómico para fines oftálmicos, elegido entre cristales para gafa de todo tipo, inclusive gafas de sol, gafas protectoras y viseras para cascos, constituido por un material de plástico polímero, donde por lo menos una estructura huésped inorgánica que presenta una o varias moléculas colorantes fotocrómicas orgánicas incorporadas, se introduce o se deposita formando un material fotocrómico nanocomposito, donde los poros de la estructura huésped en la que se incluyen una o varias moléculas de colorante fotocrómico orgánico, tienen un diámetro de 1, 5 a 5 nm.

2. Objeto de plástico fotocrómico según la reivindicación 1, donde el material nanocomposito se encuentra en forma de partículas o como capa estructurada.

3. Objeto de plástico fotocrómico según la reivindicación 1 o 2, donde la estructura huésped porosa es un material inorgánico ordenado a base de SiO2, Al203, [m{Al203}. n{SiO2}], TiO2, ZnO, ZrO2 o sus óxidos mixtos, o de alumino fosfatos.

4. Objeto de plástico fotocrómico según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde la estructura huésped porosa presenta una superficie químicamente funcionalizada.

5. Objeto de plástico fotocrómico según la reivindicación 4, donde los grupos funcionales se eligen entre grupos alquilo de cadena recta o ramificada, grupos alquilo polihalogenados, grupos amino primarios, secundarios o terciarios, grupos de halogenuro de amonio, grupos mercapto, ciano o halógeno.

6. Objeto de plástico fotocrómico según una de las reivindicaciones 1 a 5, donde los colorantes fotocrómicos orgánicos se eligen dentro de las clases de compuestos de los (i.

3. naftopiranos .

2. naftopiranos, inclusive los sistemas anulares mayores derivados de estos, los (ii) colorantes de espiro oxazin, los (iii) colorantes de espiro pirano o (iv) mezclas de los mismos.

7. Objeto de plástico fotocrómico según una de la reivindicaciones 4 a 6, donde los colorantes orgánicos fotocrómicos están unidos a la superficie químicamente funcionalizada de la estructura huésped por medio de enlace covalente o iónico.

8. Objeto de plástico fotocrómico según una de las reivindicaciones anteriores, donde las partículas nanocompositas se reticulan con el material plástico polímero utilizando reactivos de sililación policondensables.