Анализ особенностей современных материалов, используемых при изготовлении очковых линз

2. Анализ особенностей современных материалов, используемых при изготовлении очковых линз 

Большинство покупателей ассоциирует подбор очков с выбором оправы. При этом выбор очковых линз для многих клиентов является второстепенным и незначительным моментом. Однако качество зрения будет зависеть именно от очковых линз. Неправильно подобранные линзы могут стать причиной переутомления глаз, головной боли и даже ухудшения зрения. 

Вид материала очковых линз - один из основных параметров, влияющих на качество зрения, вес очков, комфорт в ношении. Очковые линзы делятся на две категории: органические (изготовленные из прозрачных синтетических полимеров, пластика) и минеральные (изготовленные из неорганического стекла). Эти две большие группы материалов значительно отличаются друг от друга по свойствам и характеристикам. 

Важнейшим показателем очковой линзы считается коэффициент преломления (n). Толщина и искривленность линзы становятся тем меньше, чем выше коэффициент преломления. Разница между линзами будет заметнее при больших диоптриях.

В реальности линзы с высоким показателем преломления, от n = 1,6, будут тоньше и легче. Высокий коэффициент также способствует меньшему искажению восприятия ваших глаз и лица. Показатель n в случае изготовления линз из минерального стекла колеблется от 1,5 до 1,9, в случае изготовления из пластика n составит от 1,49 до 1,74. Линзы с высоким коэффициентом преломления могут быть поставлены в тонкую и изящную оправу, они выглядят более эстетично и гармонично. 

Все очковые линзы в зависимости от материала, применяемого для их изготовления, подразделяются на два больших класса: минеральное стекло (неорганические материалы) и пластмассы (органические материалы).

Независимо от того, к какому из этих классов относится материал для линз, он должен быть:

- прозрачным для излучений видимого диапазона света, 

- гомогенным,

- не иметь высокой дисперсии (т.е. не  вызывать хроматические аберрации).

Основными характеристиками материалов, из которых изготавливают линзы, являются: 

- показатель преломления; 

- дисперсия (число Аббе); 

- плотность материала; 

- устойчивость к механическим и химическим воздействиям; 

- технологичность. 

Показатель преломления (n) характеризует оптические качества очковой линзы: чем выше коэффициент преломления, тем лучше оптические свойства линзы. Материалы для изготовления очковых линз в зависимости от коэффициента преломления  различают:

- материалы со стандартным показателем преломления: 1,54>n>1,48

- среднепреломляющие материалы: 1,64 > n> 1,54

- высокопреломляющие материалы: 1,74 > n> 1,64 

- сверхвысокопреломляющие материалы: n> 1,74. 

Материалы с нормальным показателем преломления 1,498 £ n < 1,54
CR-39 – (торговая марка компании PPG Industries) реактопласт, на сегодняшний день наиболее широко применяемый для изготовления очковых линз в промышленности. Полимер устойчив к воздействию органических растворителей, изделия из него сохраняют размеры и форму. Совокупность свойств обеспечивают успешное применение CR-39 в офтальмологической оптике. Показатель преломления равен 1,50, то есть близок к показателю преломления популярного прежде кронового минерального стекла; удельный вес 1,32 г/см3 почти вдвое ниже плотности минерального стекла; число Аббе от 58 до 59, что обуславливает очень низкую хроматическую дисперсию. CR-39 довольно устойчив к абразивному износу, легко окрашивается в растворах органических красителей. Линзы из этого материала рекомендуются при аметропии низкой и средней степени, а также при необходимости окрашивания.

В сравнении с изготовленными из минерального стекла линзы из CR-39 в два раза легче, кроме того, более устойчивы к ударным воздействиям. Наконец, это самые дешевые органические линзы, хотя они толще и тяжелее линз из современных высокопреломляющих материалов.

Трайвекс был разработан компанией PPG Industries в 2000 году, а и в 2001-м специально модифицирован и адаптирован для оптического производства. По химическим свойствам относится к квазиреактопластам. Показателя преломления трайвекса 1,53.

Интерес к трайвексу обусловлен триадой его положительных свойств: высокой устойчивостью к ударным нагрузкам (на уровне показателя для поликарбоната); высоким числом Аббе – от 43 до 46 (при 29–31 для поликарбоната), а значит низкой хроматической аберрацией; низким удельным весом – всего 1,11 г/см3, на сегодняшний день это один из самых легких оптических материалов.

Следует также отметить, что трайвекс надежно блокирует ультрафиолетовое излучение до 394 нм. Линзы из трайвекса характеризуются высокими прочностью на разрыв и устойчивостью к ударным нагрузкам, легко сверлятся. Минимальная толщина по центру линз отрицательных рефракций всего 1,0 мм. Возможно их фотохромное исполнение Transitions. Такие линзы прекрасно подходят при рефракции ниже 3,00 дптр, причем они тоньше и легче (до 25%) линз из CR-39, поэтому очки с ними смотрятся эстетичнее.

Материалы со средним показателем преломления 1,54 £ n < 1,64
За последние годы из таких пластмасс стали все чаще изготавливать очковые линзы, которые значительно легче и тоньше линз из CR-39.
MR-8 - материал с хорошо сбалансированными оптическими свойствами: показатель преломления 1,60, плотность 1,30 г/см3, число Аббе 41. Линзы на его основе как минимум на 25% тоньше и легче линз из СR-39, такие же тонкие и легкие, как линзы из поликарбоната, но отличаются высокими оптическими свойствами традиционных пластмасс, поглощают весь диапазон УФ-излучения. Полимер характеризуется высокой прочностью на разрыв, поэтому линзы из него хорошо подходят для крепления в оправы на винтах или леске. Вследствие высокого числа Аббе линзы из MR-8 рекомендуются чувствительным к хроматической аберрации пациентам при рефракции выше 3,00 дптр.

Поликарбонат характеризуется показателем преломления 1,59, плотностью 1,20 г/см3, числом Аббе 31. За счет высокой прочности на разрыв линзы из поликарбоната имеют преимущество перед другими при креплении  линз на винтах и на леске. В отличие от линз из CR-39, они более плоские, тонкие и легкие, поэтому очки с ними смотрятся привлекательно. Поликарбонат в 10 раз устойчивее к ударным нагрузкам, чем традиционные пластмассы, поэтому в США всем детям до 16 лет назначают очки с линзами только из этого материала. Поликарбонатные линзы полностью отрезают вредное излучение УФ-диапазона.

Такие линзы рекомендуются при аметропии средней и высокой степени и предпочтительны для детей.
Трибрид (Tribrid) характеризуется показателем преломления 1,60, плотностью 1,23 г/см3, числом Аббе 41. Новый материал, разработанный в 2011 году с использованием инновационного метода гибридной химии, позволившего соединить элементы трайвекса с традиционными мономерами для высокопреломляющих оптических пластмасс. Полученный в результате материал дает возможность изготавливать линзы с комплексом преимуществ: высокими оптическими характеристиками вследствие высокого числа Аббе, равному 41 (выше чем в случае высокопреломляющих пластмасс); легкие, поскольку плотность материала всего 1,23 г/см3; тонкие, что обусловлено высоким показателем преломления, равным 1,6. Достоинством линз из нового материала Tribrid считается высокая устойчивость к ударным нагрузкам, в 160 раз превышающая требования FDA к ударопрочности линз при испытании падающим шариком, а также стопроцентная защита от ультрафиолета.

Материалы с высоким показателем преломления 1,64 £ n < 1,74.

MR-7 и MR-10 - материалы, характеризующиеся показателем преломления 1,67, плотностью 1,35 г/см3 и числом Аббе 31. MR-7 хорошо окрашивается, а MR-10 отличается более высокой термостойкостью. Линзы из этих материалов можно рекомендовать для очков безободковой и полуободковой конструкций: их лекго сверлить и нарезать в них пазы под леску. Минимальная толщина по центру линз отрицательных рефракций составляет всего 1,3 мм. Такие линзы тоньше (до 40%) и легче на треть линз из СR-39. Тонкие и легкие, такие линзы выпускаются всевозможных дизайнов. А в поляризационном исполнении и фотохромном Transitions преимущества поляризационных и фотохромных линз сочетаются с достоинствами высокопреломляющих. Линзы из MR-7 и MR-10 полностью отрезают опасное УФ-излучение. Эти линзы рекомендованы при аметропии средней и высокой степени.

Материалы со сверхвысоким показателем преломления.
К этой категории относятся материалы с показателем преломления 1,74 (при плотности 1,47 г/см3 и числе Аббе 33) и 1,76 (при плотности 1,49 г/см3 и числе Аббе 30).

Это последние разработки органических материалов для очковых линз. Их используют для изготовления наиболее тонких, легких и минимально выпуклых линз. Они более чем на 50% тоньше линз из обычных пластмасс и надежно защищают глаза от опасного УФ-излучения. В асферическом варианте такие линзы рекомендуются при высокой степени аметропии. Все линзы из материалов с очень высоким показателем преломления выпускаются с многофункциональными покрытиями.

Все материалы для изготовления очковых линз можно разделить на 4 основных группы:

- Минеральные линзы; 

- Полимерные линзы;

- Поликарбонатные линзы;

- Трайвекс.

2.1 Минеральные очковые линзы

Линзы из минерального стекла являются первооткрывателями оптической сферы и имеют хорошие оптические свойства. Эти линзы устойчивы к царапинам и прослужат довольно долго.

Стандартное минеральное стекло обладает показателем преломления 1,523. Известно, что чем выше коэффициент преломления, тем тоньше очковая линза. Чтобы увеличить показатель n минеральных линз и сделать их более тонкими, добавляются различные компоненты, увеличивая тем самым их удельный вес.

Низкий комфорт ношения минеральных линз чаще всего связан именно с весом очков. Показатель преломления тонких минеральных линз может достигать значения 1,9 - однако и вес очков покажется их обладателю значительным по сравнению с пластиковыми линзами.

Минеральные очковые линзы обладают рядом ограничений в использовании, поэтому в последнее время теряют популярность. Из-за хрупкой структуры материала они не предназначены для полуободковых или безободковых оправ и могут быть травмоопасны, т.к. при сильном ударе бьются на осколки. Также следует отметить, что вес стеклянных линз приносит неудобство при ношении, постоянное давление на переносицу вызывает дискомфорт. 

Минеральное стекло - это неорганический материал, который получают из кварцевого песка. Показатель преломления (n) стандартного минерального стекла - 1,523. Как известно, от показателя преломления зависит толщина линзы. Чтобы линзы были более тонкими, индекс преломления должен быть выше. Утонченные минеральные линзы с показателями преломления – 1,6, 1,7 и выше (до 1,9) получают путем добавления различных уплотняющих компонентов. Но при этом происходит также увеличение удельного веса стекла. Поэтому минеральные линзы с большими диоптриями, даже утонченные, будут довольно тяжелыми. 

Линзы из минерального стекла могут быть бесцветными, окрашенными и фотохромными.  Для придания линзам дополнительных свойств на них могут наносить специальные покрытия. Например, для защиты глаз от вредного воздействия ультрафиолетового излучения солнечного спектра в состав минерального стекла необходимо вводить дополнительные УФ-поглощающие агенты.

Достоинства минеральных очковых линз: 

- устойчивость к образованию царапин: если выбирать из стеклянной и пластиковой линзы без дополнительных покрытий, то минеральная линза прослужит дольше;

- возможность изготовления очень тонкой линзы с показателем преломления 1,9 - при очень больших диоптриях из стекла можно получить более тонкую линзу, чем из пластика, при этом надо учесть, что вес минеральной линзы будет, конечно, больше, чем пластиковой.

Недостатки минеральных линз: 

- более низкая степень безопасности по сравнению с полимерными линзами - при сильном ударе бьются на осколки, поэтому не рекомендованы для изготовления детских или спортивных очков в силу возможного травматизма;более высокий вес;

- невозможность использования минеральных линз в полуободковых (на леске) и безободковых (на винтах) оправах.

Всего 28 источников литературы