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11 giugno 2020

Inside occhiali

Davvero si può vivere senza chimica? Non perdete l'appuntamento con la rubrica #chimicainsideun viaggio per scoprire che la chimica ci viene in aiuto in tanti oggetti della vita quotidiana, anche se non lo sappiamo.

Gli occhiali servono a correggere le alterazioni della vista come miopia, presbiopia, astigmatismo, ma anche a proteggere i nostri occhi dalle radiazioni solari intense. Scopriamo insieme di quali materiali sono fatti e qual è il contributo della chimica nella loro struttura!

Gli occhiali sono composti da due parti, montatura e lenti.

MONTATURA

Secondo gli storici le prime montature risalgono alle popolazioni Inuit originarie dell’Antartico: erano delle maschere intagliate dal legno o dall’osso di tricheco e avevano una stretta fessura per proteggersi dai forti riflessi del bianco delle nevi. Un sistema molto rudimentale, che rappresenta il primo esempio di protezione dell’occhio dai raggi solari. Da allora le montature si sono evolute nei materiali e nei processi produttivi: oggi quelle in plastica sono di gran lunga le più diffuse e variano a seconda della tipologia dell’occhiale. Ad esempio nylonoptylpolicarbonato e poliammide, materiali leggeri ed elastici, vengono utilizzati soprattutto nella produzione di occhiali sportivi.

Policarbonato e resine poliuretaniche invece hanno come punto di forza la resistenza e per questo vengono impiegati nella realizzazione di occhiali e mascherine da lavoro, spesso date in dotazione agli operai delle industrie metalmeccaniche per proteggere gli occhi da schegge e altri materiali.

I due materiali in assoluto più utilizzati sono però l’acetato di cellulosa e le fibre di carbonio. L’acetato, conosciuto anche come seta artificiale o viscosa, si ottiene a partire dalla fibra del legno o dai suoi scarti, oppure ancora dalle fibre residue del cotone. A questa origine naturale segue un processo chimico che prevede l’uso di solventi, plastificanti e coloranti. È il materiale usato per tutti gli occhiali a design tartarugato. È molto resistente non solo a urti e pressioni, ma anche all'acqua! Anche l’acetato però ha i suoi difetti: nel corso del tempo infatti subisce un curioso processo di invecchiamento che lo porta a deformarsi. La durevolezza insomma non è proprio il suo forte!

La fibra di carbonio, ottenuta dalla grafite, si presenta come un filo sottilissimo che viene intrecciato come a formare un tessuto. Tra tutte le plastiche è in assoluto la più resistente alle alte temperature. E' un materiale molto ricercato per la sua resistenza, flessibilità e leggerezza.

Ma le montature non sono solo plastica! Quelle realizzate in metallo ad esempio sono super resistenti e indistruttibili. La loro lavorazione però richiede temperature altissime e non è semplice applicare a questo materiale colorazioni e trattamenti tali da rendere la montatura unica!

La montatura in titanio è riconoscibilissima per il suo colore grigiastro argenteo. Leggerezza, inalterabilità, assoluta compatibilità con la cute delle persone più sensibili..il titanio ha caratteristiche ideali per un occhiale da vista! Il titanio può essere però colorato elettrochimicamente. Controllando il potenziale elettrico applicato si possono formare ossidi di spessore differente che generano un’ampia gamma di colori.

LENTI

Le lenti dei nostri occhiali possono essere composte in:

  • vetro. Una volta era il materiale più usato, ma è stato progressivamente sostituto dalle materie plastiche (polimeri ottici o vetro organico) perché, pur avendo indici di rifrazione molto elevati (l’indice di rifrazione indica lo spessore della lente in relazione alla correzione richiesta) è più pesante e fragile rispetto alle altre lenti;
  • CR-39, o plastica organica (e materiali simili). È più sottile e pesa la metà di una lente in vetro, resiste ai graffi e alle abrasioni, è facilmente colorabile coi metodi tradizionali in varie tonalità e ha una bassa dispersione cromatica;
  • policarbonato. È una plastica tra le più leggere ed è considerevolmente resistente (può resistere all'impatto di una biglia di acciaio lanciata alla velocità di 160km/h!), per questo è particolarmente indicata per lenti di occhiali usati dagli sportivi.

Un particolare tipo di lenti sono quelle fotocromatiche che, esposte alla luce del sole o alle radiazioni UV, danno vita ad una reazione chimica reversibile e si scuriscono. Una volta che la luce solare scompare, ritornano gradualmente al loro stato iniziale di trasparenza. Il fotocromatismo si ottiene in modo molto diverso a seconda del materiale usato per le lenti. Nel caso di lenti di vetro, si usa il vetro borosilicato che viene reso fotocromatico aggiungendo alla miscela base sostanze fotocromatiche come dei sali e micro-cristalli di alogenuro d’argento e/o cloruro d’argento; dopo il raffreddamento il vetro ha una colorazione blu brillante, ma non possiede ancora proprietà fotocromatiche. Per innescarle si sottopone la miscela ad un trattamento a circa 600°C; la durata e la temperatura di questo processo influenzano il colore del vetro, la velocità della reazione fotocromatica ed il grado di oscuramento massimo della lente. Nel caso di lenti plastiche si ricorre a composti organici quali l’oxazine, naftopirani o miscele di indolino-spironafto-xazine: queste sostanze, sensibili alla luce, cambiano la loro struttura chimica quando sono irradiate con i raggi UV e con luce blu. Alla luce del sole, le molecole di queste sostanze si schiudono come un fiore e fanno cambiare colore alla lente.

TRATTAMENTI

Può capitare che il nostro ottico di fiducia ci chieda se desideriamo applicare sulle lenti un trattamento antiriflesso. In che cosa consiste? Un sottilissimo strato di particolari sali minerali, oppure ossidi di metallo, viene deposto sulle lenti per ridurre i riflessi di luce che riducono la nitidezza delle immagini. Lo strato antiriflesso deve avere uno spessore pari ad un quarto della lunghezza d'onda della luce incidente. Questo conferisce alle lenti trattate un caratteristico riflesso colorato, dovuto al fatto che non tutta la banda della luce visibile viene influenzata dallo strato antiriflesso (le lunghezze d'onda distanti dal valore scelto vengono comunque riflesse).

Si ringrazia il Professor Maurizio Masi, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria chimica “Giulio Natta” del Politecnico di Milano

 

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