کاربرد پلیمر در ساخت لنزهای تماسی

دسته: مقالات منتشر شده در 20 شهریور 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 10

کاربرد پلیمر در ساخت لنزهای تماسی

لنزهای تماسی نوعی عدسی هستند که مستقیما بروی سطح چشم قرار میگیرند. این لنزها دستگاه های کروی پروتز مانندی هستند که توسط بیش از 150 میلیون نفر در دنیا مورد استفاده قرار میگیرند و  مصارف زیبایی، اصلاح دید و یا درمانی دارند.

 بنا بر تخمین های سال 2004، مشخص شد که 125 میلیون نفر در دنیا از لنزهای تماسی استفاده میکنند و از این مقدار حدود 28 تا 38 میلیون نفر امریکایی هستند. سن میانگین کسانی که از این لنز ها استفاده میکنند تا سال 2010، سی و یک سال بوده و بیشتر این افراد را نیز خانمها تشکیل میدهند.

افراد به دلایل متفاوتی از این عدسی ها استفاده میکنند. کسانی که نمیخواهند عینک بروی صورت خود داشته باشند و یا تصمیم دارند ظاهر جدیدی به چشمان خود ببخشند (دلایل زیبایی  و آرایشی)، انگیزه زیادی برای انتخاب این لنزها دارند. تعدادی دیگر از لنزهای یاد شده به دلایل بصری و یا وظیفه ای استفاده میکنند. این لنزها دید محیطی بهتری از منظره اطراف را بوجود می اورند و رطوبت ناشی از باران، برف، چگالش هوا  و سایر موارد را جذب نمیکنند. به همین دلیل گزینه ای مطلوب برای ورزش و سایر فعالیت های خارج از خانه می باشند. مصرف کنندگان این لنزها، این امکان را دارند که از عینک های افتابی، عینکهای اصلاحی و یا سایر موارد مرتبط (به انتخاب خود) استفاده کنند بدون آنکه نگرانی در خصوص استفاده از لنزهای تجویزی و یا تطابق چشمانشان با عینک ها  داشته باشند. همچنین تعدادی از بیماری های چشمی مانند قرنیه مخروطی و عدم تشابه تصاویر تشکیل شده بروی دو شبکبه چشمها از مواردی هستند که میتوانند با استفاده از لنز در مقایسه با عینک بهتر اصلاح شوند.

 

مواد سازنده ی لنزهای تماسی

  • اولین لنزهای تماسی از نوع سخت بوده و از شیشه ساخته شدند
  • لنزهای مدرن از نوع نرم بوده و از هیدروژل و پلیمر سیلیکون هیدروژلی ساخته میشوند
  • لنزهای سخت نیز از پلی متیل متا کریلات (PMMA) یا شیشه پلاستیکی تولید میشوند

 

پلی متیل متا کریلات (PMMA) چیست ؟

پلی متیل متا کریلات (PMMA) که با نام آکریلیک و یا شیشه ی اکریلیک نیز شناخته میشود، نوعی ماده ی ترموپلاستیک شفاف و محکم است که به عنوان جایگزینی نشکن و خرد نشدنی برای شیشه استفاده میشود. این ماده در مقایسه با انواع متفاوتی از پلیمرهای شفاف مانند پلی استرین و سایر موارد دارای مزایای بسیاری است. تعدادی از این مزیت ها عبارتند از :

  • مقاومت بالا در برابر اشعه ماورابنفش  و تغییرات اب و هوایی
  • انتقال فوق العاده ی نور
  • گزینه های رنگی نامحدود

پلی متیل متا کریلات (PMMA) از مونومری با نام متیل متاکریلات ساخته میشود. این ماده شفاف بوده و بی رنگ می باشد و به فرم گلوله، دانه ها ی کوچک و ورقه موجود میاشد. این نوع از پلیمرها سپس با روش های ترموپلاستیکی مانند قالب گیری تزریقی، قالب گیری با فشردگی و رانش یا روزن رانی ، شکل میگیرند. ورقه هایی از این جنس که دارای کیفیت خیلی بالایی میباشند، با ریخته گری سلولی ساخته میشوند ولی در این خصوص، بسپارش و گامهای قالب گیری به طور همزمان صورت میگیرند. به طور کلی به این ماده شیشه ی اکریلیک می گویند.

 قدرت پلی متیل متا کریلات (PMMA) بالاتر از درجات قالب گیری است و این موضوع نیز ناشی از حجم بالای مولکولی انهاست. فرایندی با نام مستحکم سازی به کمک لاستیک وجود دارد که با ان سختی این ماده افزایش پیدا میکند. این اقدام از انجایی صورت میگیرد که ماده یاد شده در برابر فشار زیاد خاصیتی شکننده دارد. پلی متیل متا کریلات (PMMA)  به طور کاملی قابل بازیافت است.

 

ویژگی ها و خواص پلاستیک آکریلیک

پلی متیل متا کریلات (PMMA) دارای ویزگی های شبه شیشه است مانند شفافیت، درخشندگی، روشنی، فراتابی و همچنین با وزنی نصف شیشه، تحمل مقاومتی ده برابر بیشتر نسبت به ضربه  دارد. استحکام این ماده نیز بیشتر بوده و خطر اسیب دیدگی ان کمتر میباشد. در این قسمت به ویژگی های پلی متیل متا کریلات (PMMA)  و مزیت های ان به تفضیل می پردازیم:

  • قابلیت عبور نور: پلیمر اکریلیک دارای  شاخص انکساری 1.49 است و به خوبی نور را از خود عبور میدهد. انواع اکریلیک اجازه میدهند تا 92 درصد از پرتوهای نور از انها عبور کند که این مقدار بیش از شیشه و یا سایر پلاستیک هاست. امکان فرم دهی به اکریلیک ها به کمک گرما وجود دارد در حالی که هیچ گونه مشکلی در روشنی بصری ان بوجود  نمی اید. پلی متیل متا کریلات (PMMA) در مقایسه با پلی استرین و پلی اتیلن، به دلیل ثبات محیطی خود بیشتر برای مصارف خارج از خانه پیشنهاد میشود.
  • سختی سطح : پلی متیل متا کریلات (PMMA) محکم بوده، دوام زیادی دارد و نوعی ترموپلاستیک سبک است.چگالی اکریلیک ها بین 1.17 تا 1.20 گرم بر سانتی متر مکعب است که در مقایسه با شیشه نصف است. علاوه بر ان ماده یاد شده در مقایسه با سایر پلیمرهای شفاف مانند پلی کربنات، مقاومت بهتری در برابر خراشیدگی دارد ولی این مقدار در شیشه بیشتر است. اکریلیک ظرفیت جذب کمی در مایعات و آب دارد که ناشی از ثبات بالای بعدی مواد سازنده  آن است.
  • مقاومت در برابر اشعه فرابنفش: اکریلیک به خوبی در برابر اشعه فرابنفش و تغییرات اب و هوایی مقاومت میکند. پلیمرهای اکریلیک برای مصارف خارج از محیط خانه و قرار گیری طولانی مدت در برابر نور خورشید و هوا مناسب هستند.
  • مقاومت شیمیایی: اکریلیک ها از محلولهای آبی بیشتر مواد شیمیایی ازمایشگاهی تاثیری نمی گیرند مانند پاک کننده ها، شوینده ها، اسیدهای معدنی رقیق ، قلیا ها و هیدروکربنهای الیفاتیک. اگرچه مصرف اکریلیک ها با هیدروکربنهای کلری یا رایحه دار، استرها یا کتونها توصیه نمیشود.

از انجایی که انواع خالص این نوع از پلیمرها، دارای استاندارهای لازم برای به کار گیری در موارد خاص نمیباشد، از مونومر ها، مواد افزودنی، فیلرها برای بهبود ویژگی های اکریلیک ها استفاده میشود مانند مقاومت در برابر ضربه، مقاومت شیمیایی، حالت ضد حریق، انتشار نور، فیلترسازی اشعه فرابنفش و یا اثار بصری. به عنوان مثال:

  • به کارگیری مونومر ترکیبی متیل اکریلات ثبات گرمایی را  با کاهش امکان عدم بسپارش در طی فرایندهای گرمادهی، افزایش میدهد
  • پلاستیک سازها که برای تغییر گذار شیشه  و قدرت در برابر ضربه استفاده میشوند
  • فیلرها که میتوانند ویژگی های ماده نهایی را تغییر دهند
  • رنگ نیز ممکن است در طی بسپارش یا پلیمریزاسیون اسستفاده شود تا از ماده در برابر اشعه فرابنفش محافظت کرده و یا رنگ ویژه ای را ایجاد نماید.

 

محدودیت های پلی متیل متا کریلات (PMMA)

  • مقاومت کم در برابر ضربه
  • مقاومت محدود در برابر حرارت- 80 درجه سانتی گراد
  • مقاومت محدود شیمیایی، اسیب پذیر در برابر حمله ی حلال های ارگانیک
  • مقاومت کم در برابر ساییدگی و خرابی
  • امکان ترک خوردگی تحت فشار وجود دارد.

 

پلی متیل متا کریلات (PMMA) چگونه ساخته میشود؟

پلی متیل متا کریلات (PMMA) از بسپارش رادیکال های ازاد متیل متاکریلات به صورت انبوه (به حالت ورقه ای) و یا بسپارش تعلیق بوجود می اید.

 

انواع پلی متیل متا کریلات یا اکریلیک کدامند؟

کشفیاتی که به توسعه ی پلاستیک اکریلیک منجر شد، به سال 1843 باز می گردد که در ان اکریلیک اسید برای اولین بار ساخته شد. حدودا 100 سال پس از ان و در سال 1933، نام تجاری  پلکسی گلس توسط شیمی دان المانی با نام Otto Rohm بوجود امد. در دوره جدید اکریلیک ها توسط  تعداد خیلی زیادی از کمپانی ها ساخته میشوند که هر کدام فرایند تولیدی خاص خود و فرمول ویژه هم دارند . نام های تجاری شامل انواع متفاوتی میشود مانند پلکسی گلس توسط شرکت ELF ، Atochem یا  Lucite توسط Dupont .

 

ترکیبات تشکیل دهنده ی لنزهای نرم

اولین لنزهای نرم در دهه 60  و از نوعی هیدروژل با نام پلی ماکن ساخته شدند. این ماده نوعی پلیمر است که ازپیوند متقاطع دو عدد هیدروکسی اتیل متاکریلات با اتیلن گلیکول دی متا کریلات  ساخته میشود. حدود 38 درصد از ترکیبات لنزهای اولیه را آب تشکیل میداد ولی این مقدار در لنزهای نوین هیدروژلی 70 درصد است. از انجایی که از اب برای نفوذ پذیری اکسیژن استفاده میشود، این لنزها با افزایش سایز، به میزان بیشتری گازها را تبادل میکنند. این لنزها انعطاف پذیری خوبی دارند و به راحتی مرطوب میشوند.

هیدروژل های سیلیکونی در سال 1998 به بازار امدند. این ژلهای پلیمری نفوذ پذیری بیشتری در برابر اکسیژن دارند و در واقع این مقدار فراتر از مقداری است که توسط آب جذب میشود بنابراین میزان آب موجود در این لنزها اهمیت چندانی ندارد و میتوان لنزهایی کوچکتر را ساخت. توسعه این نوع از لنزها به تولید انواعی منجر شد که به راحتی میتواند شبانه بروی چشمان قرار گیرند بدن انکه خطرناک باشند.

 اگرچه این لنزهای سیلیکونی هیدروژلی دارای دو عیب نیز می باشند. این لنزها در مقایسه با  نوع نرم سفت تر و سخت تر هستند و خاصیب اب گریز دارند. از سه فرایند متفاوت برای بهبود قابلیت استفاده ی این لنزها استفاده میشود: میتوان نوعی پوشش پلاسمایی را برای لنزها بکار برد تا خاصیتی اب دوست به سطح ببخشد. تکنینک دوم، استفاده از عاملهای مرطوب کننده در پلیمر است و متد نهایی نیز افزایش طول زنجیره های پلیمری است به گونه ای که پیوندهای ان سست تر شوند و اب را بهتر جذب کنند و یا به کارگیری زنجیره های ویژه ی جانبی.

امروزه امکان دسترسی به هر دونوع  لنز هیدروژلی و سیلیکون هیدروژلی وجود دارد. ترکیبات سازنده این عدسی ها به همراه محلولهای نگهداری از انها بهبود یافته است. محلولهای چند هدفه به لنزها رطوبت می بخشند، انها را ضدعفونی میکنند و از انباشتگی پروتئین جلوگیری میکنند.