使制品在处理液中均匀分散的方法和设备 发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及用化学法在溶液中处理制品的方法。在优选的实施
方案中，本发明涉及使眼镜片均匀地分散在化学处理溶液中。
2.有关技术的叙述
为了改善镜片的性能，可用各种溶液以多种方法处理亲水性隐形镜
片。例如，在制造隐形镜片时，镜片一般要经过清除处理，以除去在聚
合或模塑工序引入的所不需要的溶剂。为了赋予镜片吸收紫外(UV)
光或可见光的性质，还可将隐形镜片置于含有活性染料的处理液中。处
理隐形镜片的另一个实例包括把镜片置于一种单体溶液中，用引发的接
枝聚合来改变镜片的表面性质。
隐形镜片着色的常规方法分为浸泡加工和印刷加工。在印刷加工
中，用硅橡胶印刷头将活性染料传送到镜片的表面。在浸泡加工中，将
镜片或镜片的一部分浸泡在含有活性染料的溶液中。
为了使镜片着色有效且经济，可以把镜片放在盛有活性染料溶液的
容器中，以静止方式一次处理许多镜片。这种处理方法的问题是镜片可
能叠盖或聚结(即二个或多个镜片可能互相粘附在一起)，因而造成局
部的染料浓度梯度。此外，镜片可能靠在容器上，也会造成镜片在整个
表面上有不同的染料浓度。这些浓度梯度导致镜片着色不匀，有时甚至
使镜片表面产生严重的色斑。另外，由于镜片间牢固地粘附，镜片的聚
结又产生了使其分离的问题。
也可在一个有许多凹槽的托盘内，将每一个镜片放在单个凹槽或隔
室里进行处理。一般将镜片凹面朝上的放在凹槽中，这些凹槽适合容纳
镜片(即，这些槽一般是凹形的，以便与镜片的凸表面相匹配)。为了
一次能有效地处理镜片，可将装有许多镜片的这种托盘浸入着色液或单
体接枝溶液中。虽然这种方法避免了聚结问题，但仍存在镜片靠在盘内
凹槽上的问题。例如，镜片与托盘接触时间过长会造成浓度梯度，而导
致镜片着色或表面改性不均匀。
因此，需要一种能以有效的、经济的和均匀的方式将隐形镜片置于
处理液中的方法。还需要有一种能同时使许多镜片与处理液均匀接触的
设备。
发明概述
本发明的目的是提供一种使制品在处理液中能在延长的时间内悬浮
的方法。
本发明的另一个目的是提供一种使制品与化学处理液在延长的时间
内均匀接触的方法。
本发明的再一个目的是提供一种对整个镜片表面施加着色液，使眼
镜片均匀着色的方法。
本发明还有一个目的，是提供一种提高隐形镜片着色加工效率的方
法。
本发明还有另一个目的，是提供一种使单体或大分子体
(macromer)有效而均匀地接枝聚合到眼镜片表面上的方法。
本发明的一个实施方案是一种使制品与化学处理液均匀接触的方
法，这种方法包括使制品在容器内的溶液中悬浮，以使制品与容器内表
面不发生实质性的或较长时间的接触。将预先确定的液流通入容器，从
而提供一个向上的力，如果制品的密度大于溶液的密度，该力与浮力一
起克服制品向下的重力。另一种方案，如果制品的密度比处理液的密度
低，则在容器的上部造成液流，以产生一种基本上是稳态的效果。
在一个优选的实施方案中，以振荡方式施加液流，使制品在容器内
上下移动，从而使其与容器的接触时间不致于过长。在另一个实施方案
中，液流是脉动的，即时开时关，以获得振荡的流动型式。在一个优选
的实施方案中，使液流通过分布板，从而使向上的力均匀地分布在容器
的整个横截面上，并避免出现死空间。
在一个优选的实施方案中，公开了一种处理隐形镜片的方法，这种
方法包括将隐形镜片放置在一个盛有处理液例如着色液，或者单体或大
分子体溶液的容器中。这种方法还包括从容器底部加入液流(如果制品
的密度比溶液的密度大)，因而在镜片上产生一个向上的力，足以阻止
镜片聚结或与容器接触的时间过长。在一个更优选的实施方案中，该方
法包括以循环方式向容器中加入液流，其中包括通过位于容器横截面上
分布板向上流动的最高位置和不流动位置，该分布板与重力方向垂直。
在另一个实施方案中，使具有基本上与处理液相同密度的制品分散
在容器内的处理液中，保持使制品离开器壁。在这个实施方案中，通过
使溶液从制品的上面和下面流进容器，从容器的上部和底部施加作用
力。
本发明还包括在防止镜片与容器有实质性的接触的同时，使镜片均
匀地分散在处理液中所制成的隐形镜片。
附图简述
图1是隐形镜片处理系统的侧剖面图，其中包括成批分散在处理液
中的镜片。
图2是本发明的隐形镜片处理系统的平面图，其中包括镜片盛放盘。
图3是图2中隐形镜片处理盘的侧剖面图。
优选实施方案的叙述
为了加强读者对本发明的理解，在详细叙述本发明之前先定义选用
的术语。
本文所用的“制品”是指可在处理液中被处理的各种部件。例如制
品包括但不限于眼镜片、医疗器具、例如含有水凝胶成分的移皮补块、
胶囊或丸剂或其构成部分，成衣、装璜和美化用的聚合部件以及食品。
因此，虽然就优选处理的制品即眼镜片来讨论本发明，但本发明并非限
于处理镜片。
本文所用的“眼镜片”是指预定以与使用者的眼睛直接接触的方式
使用的任何镜片。这包括但不限于眼内晶状体、眼的移植片、硬质隐形
镜片和软性隐形镜片。本发明优选处理的制品是亲水性隐形镜片。
本文所用的“化学处理液”是指为了改变制品的特性而预定用于与
制品接触的溶液。因此，“化学处理液”包括含有活性的或预定与制品
反应的化学物质，例如活性染料(例如卤化三嗪或乙烯砜染料)或亲水
性或疏水性的单体或大分子体等的处理液。“化学处理液”还包括溶剂，
例如醇类、盐水或无菌水，用以从被处理的制品中分离化学物质。
本文所用的术语“容器”是指能在其中盛放液体的任何形状的设备。
容器包括但不限于盘中的凹槽，这些凹槽被加工成能容纳并存留隐形镜
片以及足够完全浸没隐形镜片的溶液的形状。容器还包括那些能够容纳
并存留许多镜片以及足够完全浸没这些镜片的处理液的容器。
本文所用的“表面改性”是指为改变制品的表面性质而对制品的处
理。例如，隐形镜片的表面改性包括但不限于将单体或大分子体接枝到
聚合物上，使镜片具有生物相容性、耐存贮性、更亲水性、更疏水性或
赋予其抗微生物或抗真菌的性质。
本文所用的“着色”是指为改变制品吸收光的性能而对制品的处理。
例如，隐形镜片的着色包括但不限于减少通过隐形镜片透射的紫外线、
红外线或可见光。
本文所用的“静止力”是指在无外加液流作用力的情况下，制品在
溶液中所受重力和浮力的矢量和。浮力是溶液施加在与其接触的制品上
的一种向上的力。例如，在不施加外力的情况下，如果制品的密度大于
其浸入的溶液密度，重力就大于浮力，这样在制品上的静止力的方向向
下，于是制品就会下沉。
概括地说，本发明是一种提高制品在处理容器内的处理液中处理均
匀程度的方法。通过对制品施加一个向上的力使制品悬浮在处理液中而
不靠在处理容器上，来提高处理的均匀程度。虽然可以用许多方法达到
这个目的，但优选的方法包括(1)如果制品的密度比溶液的密度大，
就从被处理制品下面的某一位置将溶液泵入容器，或(2)如果制品的
密度比溶液的密度小，就从被处理制品上面的某一位置将溶液泵入容
器。这样就对制品施加了一个向上(或向下)的力，该力与制品向上的
浮力一起抵消向下的重力。这一液流使浸泡在溶液中的制品保持在基本
上稳定的状态，而且离开器壁。此外，泵使溶液适度的混合，因而减小
了局部浓度梯度，从而进一步提高了处理的均匀程度。
本发明的一个优选的实施方案是一种均匀地处理眼镜片，特别是隐
形镜片的方法。该方法包括使镜片在处理液中悬浮，从而使镜片不致聚
结或使镜片与容器接触的时间不致于过长。本文所用的“过长时间”是
指足以造成镜片处理得不均匀以致基本上损害其美观和使用功能的处理
时间。例如，如果在着色加工完成之后，镜片与容器或与另一些镜片接
触时间过长，镜片上就有用肉眼便可以检测出来的斑迹。
可以根据本发明讲授的内容对隐形镜片进行“批量处理”，即在容
许镜片互相接触的一个容器中处理许多镜片。图1举例说明一个批量镜
片的处理系统，在该系统中，许多镜片同时悬浮在处理液中。图1的系
统是用于处理密度大于处理液密度的镜片，通过加入向上的液流来平衡
镜片向下的重力。
处理系统10包括一个容器14，在该容器中处理液22使镜片12悬
浮。该容器包括位于靠近容器底部的分布板16。供料管线18将泵20与
分布板16连通。回流管线21从容器14的上部向泵20供液。
在运行时，泵20将液流通过进料管线18打到分布板16，由于使溶
液通过分布板16向容器提供基本上均匀的压力，从而避免出现死空间，
即液流很小或没有液流的区域。这一流体压力所产生的向上的力能使镜
片在溶液中保持悬浮状态。此外，该液流能使镜片聚结的可能性减到最
小。该液流还能产生混合作用，提高溶液浓度的均匀性。
虽然可以用图1所示的批量悬浮方式处理隐形镜片，但处理隐形镜
片的优选方法则需要使用多个互相固定在一起的单个镜片存留容器，以
便于批量处理。例如，有一种方法包括把每个镜片单独放在盘内的单个
凹槽里，该盘含有许多凹槽。这种方法有一定的优点，例如完全避免了
镜片聚结的可能性，并便于对单个镜片进行质检。
参考图2，示出一个优选的隐形镜片处理系统。系统30包括盘32，
盘中有许多成形加工的凹槽34。凹槽34的尺寸大到足以容纳隐形镜片
和足够浸泡镜片用的处理液。还优选凹槽34的尺寸大到足以容许镜片(未
示出)在处理过程中稍微地上下移动。
图3是图2所示处理系统的侧剖面图，示出泵38通过进料管36与
分布板40连通。回流管42将回流液供给泵40。使分布板40处于能沿
盘的一个表面与盘32紧密接触的位置。因此流体的流动路线是从泵38
通过导管36和分布板40到盘32上的每一个凹槽34。
泵38可选自各种液体泵，其中包括但不限于离心泵和隔膜泵。然而，
优选的泵是能对凹槽中的镜片产生脉动力或可变力的泵。一种优选的泵
能以重复循环的方式输送出液流，从而使镜片在溶液中保持基本上是稳
态的运动形式。能输送正弦型周期流量的泵是更优选的，这使得在每个
周期中都有最大和最小的输出流量幅度。因此，优选的泵是隔膜泵。
优选隔膜泵还因为这种泵能产生正弦型流量状态，即流量-时间曲
线是正弦型的。正弦型流动使流体的状态以重复循环的方式从湍流过渡
到层流。据信正弦型流动状态能加强盘中凹槽内溶液的混合，因而将可
能导致镜片处理得不均匀的局部浓度梯度减少到最小。
在运行时，泵38强制流体通过管36进入分布板40。分布板40使
泵出的流体流的力均匀地分布在盘的横截面上。这样，每个凹槽中的每
个镜片都受到同样的压力。每个凹槽上的压力也是均匀的。这种均匀性
能防止镜片移到并滞留在凹槽的一侧。
分布板40可由适合于使液流在分布板上均匀分布的各种材料制
成。因此，分布板可由玻璃或陶瓷烧结材料，即具有许多直径通常为10μm
-1mm小孔的惰性材料制成。另一种方案，分布板可以是一块具有一系
列均匀分布的预制孔的板，这些孔有预定的几何形状(例如，一块由许
多成形圆孔贯穿的金属板)。
在本发明的另一个实施方案中，被处理的制品具有基本上与处理液
相同的密度(即制品的密度与溶液密度的偏差约在1％以内)。为了将
制品分散在处理液内，从容器的顶部和底部施加作用力。这可采用上述
的方法实现，不同的是使溶液从制品的上面和下面进入容器。回流管可
设置在上部入口的上方和下部入口的下方，从而产生一种涡流作用，而
不至于使制品被吸引到回流管的入口。然而，也可采用多种其它的配置
方式。
前述内容能使掌握本领域的普通技术人员实施本发明。为了能使读
者更好地理解具体的实施方案及其优点，建议参考下列各实施例。
实施例I
将30个含约55％水分的Vilfilcon亲水性隐形镜片放在一个横截面
积约为78cm2的6升圆筒中。在该圆筒内装有约3升的去离子水。离心
泵(TE-5C-Md，March，Glenview，1L)的出口用导管连接到
一个直径为0.5cm的喷嘴上，该喷嘴位于靠近底部的圆筒壁上。泵的进
料口通过导管与圆筒的顶部连通。使流体以湍流状态从喷嘴喷出时，雷
诺数即rvD/m约为6000。
这种配置能保持镜片与镜片以及镜片与容器是离开的。此外，镜片
处于连续运动状态，处理液也被充分地混合。
实施例II
准备一套与实施例1相似的设备，不同的是采用隔膜泵代替离心泵。
隔膜泵(Pulsa 680，Pulsa Feeder，Rochester，NY)产生一种脉动
的喷射液流，即流量-时间曲线为-正弦函数。在这种流动模式下，雷
诺数周期性地从层流变到湍流，同时脉冲和频率是可调的。
将30个镜片放在实施例1所述的盛有3升蒸馏水的圆筒中。当脉冲
频率增加到每分钟约150周时，这些镜片稳定状态的位置向圆筒上部移
动。然而，镜片仍然很好地分散在水中，并且镜片与镜片以及镜片与圆
筒壁都是离开的。
实施例III
将一个有许多粗孔的玻璃盘放在横截面积为12cm2的300mL圆筒的
底部，玻璃盘横跨圆筒的横截面。玻璃盘的大小以如果不通过玻璃盘，
就基本没有液流从玻璃盘下面流到玻璃盘的上面为准。在圆筒中放入约
200mL蒸馏水。将隐形镜片放在蒸馏水中。与实施例I相同，用在圆筒
底部的泵排液管将隔膜泵与圆筒连通，而回流管线在圆筒的上部。启动
泵并调节脉冲频率使镜片在靠近处理液的中心位置稍微地上下移动。
多孔的玻璃盘能将泵送流体所施加的压力均匀地分布在整个圆筒的
横截面上。这种均匀的压力分布防止了死空间即静止流体区的产生，因
而进一步提高了处理的均匀性。
对比实施例IV
这个实施例说明与在具有多个容纳镜片的凹槽的盘中使隐形镜片浸
泡着色的常规方法有关的一些问题。
将隐形镜片放置在常规的隐形镜片盘中，该盘具有内径约15mm，
间隙1mm的半圆形的容纳镜片的凹槽。将镜片盘放在装有活性(乙烯
砜)兰染料(RAMAZOL，Hoechst-Celanese Co.)溶液的圆筒里，
其中包含约10％(重量)的磷酸三钠(Sodium phosphate tribasic)，
以使染料与镜片聚合物基质发生化学结合。溶液温度保持约45℃。在发
生着色反应的约45分钟内，溶液保持不动，在着色过程中镜片靠着凹槽
的某一部分。
得到的镜片已着色，但在镜片表面与凹槽接触时间过长的地方有斑
迹。溶液的静止状态能造成镜片靠在凹槽上时其表面上的染料浓度梯
度。
实施例V
这个实施例说明一个使亲水性隐形镜片均匀着色的优选方法。
与实施例IV相同，将隐形镜片放在常规的隐形镜片盘中，该盘具有
内径约15mm，间隙1mm的半圆形的容纳隐形镜片的凹槽。按实施例
III，将镜片盘放在底部有多孔玻璃盘的圆筒中。在所控制的频率下，将
活性兰染料和10％(重量)磷酸三钠溶液由隔膜泵通过玻璃盘泵入盘上
的凹槽中。将镜片在温度约45℃的着色液中置放约45min。
所得着色隐形镜片的外观比按实施例IV的方法生产的镜片暗。当用
肉眼检定时，所得镜片的着色在外观上是完全均匀的。在镜片表面上没
有斑迹出现。
为了使读者不经过多试验就能够实施本发明，已参照某些优选的实
施方案详细地叙述了本发明。然而，掌握本领域一般技术的人员会很容
易地认识到，在不离开本发明内容范围的条件下，可对上述的一些部件
和参数做某种程度的变动和改进。此外，为了加强读者对本文件的理解，
还提供了题目和标题等，但不应当将其理解为是对本发明范围的限制。
因此，本发明的知识产权仅由下面的权利要求来规定。