KR100429934B1

KR100429934B1 - 플라스틱렌즈의제조방법

Info

Publication number: KR100429934B1
Application number: KR1019960707609A
Authority: KR
Inventors: 다다시 고바야시; 유요시 사이토; 쇼지 가토
Original assignee: 가부시키가이샤 아사히 옵티컬
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2004-07-21
Also published as: CN1152273A; JPH08300501A; DE69611811T2; EP0768169A4; US5922251A; DE69611811D1; KR970703850A; JP3651698B2; CN1061597C; WO1996033860A1; EP0768169B1; EP0768169A1

Abstract

본 발명은 안경용 렌즈, 선글라스용 렌즈, 카메라용 렌즈 등 광학용으로 적합한 광학적으로 균질한 플라스틱 렌즈의 제조방법에 관한 것으로서, 광학적 변형이 없거나 매우 적은 우레탄계 수지 등의 플라스틱 렌즈를 주형중합법에 의해 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 주형중합과정에 있어서 쉘에 주입된 모노머로 이루어지는 임의의 미소부분에 걸리는 중력의 방향이 연속적으로 변화하도록 쉘에 적절한 운동, 예를 들면 특정의 회전운도, 회전축을 거의 수평으로 한 회전 등에 의한 운동을 주면서 중합하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스틱 렌즈의 제조방법

플라스틱 렌즈는 유리 렌즈와 비교하여 경량이고, 잘 깨지지 않는 등의 특징이 있기 때문에, 최근 안경 렌즈, 카메라 렌즈 등의 광학기기에 널리 사용되게 되었다. 특히 안경용 플라스틱 렌즈는 소재 수지의 고굴절화, 저비중화에 의해 급속하게 공용이 늘고 있다.

소재 수지로는 오랜동안 디에틸렌글리콜비스아릴카보네이트 수지가 사용되어 왔지만, 최근 더 고굴절율을 목표로 한 수지로서 폴리이소시아네이트 화합물과 폴리올 또는 폴리티올 화합물의 반응에 의해 얻어지는 우레탄계 수지가 개발되었다.

폴리우레탄 렌즈의 제조방법으로는 예를 들면 일본국 특개소 57-136601 호 공보에서 제안되고 있는 폴리이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물과의 반응, 일본국 특개소 58-164615 호 공보에서 제안되고 있는 폴리이소시아네이트 화합물과 할로겐원자가 함유된 폴리올 화합물과의 반응, 일본국 특개소 60-194401 호 공보에서 제안되고 있는 폴리이소시아네이트 화합물과 디페닐술피드골격을 함유하는 폴리올 화합물과의 반응, 일본국 특개소 60-217229 호 공보에서 제안되고 있는 폴리이소시아네이트 화합물과 유황원자를 함유하는 폴리올 화합물과의 반응, 일본국 특개소 60-199016 호 공보, 일본국 특개소 62-267316 호 공보, 일본국 특개소 63-46213 호 공보, 일본국 특개평 5-320301 호 공보 등에서 제안되고 있는 폴리이소시아네이트 화합물과 폴리올의 수산화기를 머캅토기로 치환한 폴리티올과의 반응을 이용하는 것이 알려져 있다. 이 폴리우레탄 렌즈의 제조는 통상 주형(注型) 중합법에 의해 실시된다.

종래, 주형중합에 있어서는 도 5에 나타내는 바와 같이 몰드(4, 4-1)와 가스킷(5)을 사용하여 쉘이라고 하는 렌즈제조용의 성형형틀(8)을 구성하고, 이 성형형틀(8)을 스프링(6)으로 끼운 후, 내부공간에 중합재료인 모노머 등의 수지전구체(7)를 주입하여, 가열로 내부에 정치된 상태에서 중합이 실시되고 있다.

이 주형중합에 의해 플라스틱 렌즈를 제조하는 경우에 있어서, 일본국 특개평 5-212732 호 공보에는 폴리이소시아네이트와 폴리올을 각각 별도로 각종이 첨가제를 넣어 균일한 혼합액을 얻어, 각각 별도로 탈기를 실시하고, 이 양 액을 연속적으로 혼합하면서 렌즈제조용 성형형틀 내에 주입하여, 주형 중합시켜 기포가 없는 광학 성능이 좋은 렌즈를 제조하는 방법이 제안되고 있다.

또한, 상기한 주형 중합에 의해 플라스틱 렌즈를 제조하는 경우 중합온도와 중합시간이 중요하다. 예를 들면 일본국 특개평 5-212732 호 공보에는 초기온도는 5∼50℃가 바람직하고, 5∼50시간에 100∼140℃로 온도를 올리는 것이 좋으며, 초기온도가 5℃보다 낮으면 중합시간이 길어지고, 초기온도가 50℃보다 높으면 얻어진 렌즈는 광학적으로 불균질하게 되기 쉽다고 기술되어 있다.

그런데 상기한 점을 배려한다고 해도, 가열로 내부에 쉘을 정치해 두는 종래의 주형중합에 의한 플라스틱 렌즈의 제조법에서는 맥리라고 하는 광학 변형을 완전하게 없애는 것은 어렵고, 제품화율의 향상을 방해하고 있으며, 제조비용의 저감을 어렵게 하고 있다.

중합과정에 있어서 광학 변형이 발생하는 원인은 분명하지 않지만 중합과정에서 외부로부터의 열 등에 의해 중합이 실시되어 갈 때에 성형형틀 내부의 모노머는 서서히 반응이 일어나고, 모노머가 중합하여 올리고머가 됨에 따라서 비중이 변화하고, 비중차가 발생되는 것에 의해 모노머 및 올리고머의 이동이 일어나며, 그 자취가 맥리가 일어나는 원인 중 하나라고 생각된다.

본 발명자는 상기 생각에 기초하여 모노머 및 올리고머의 이동을 방지하는 것을 연구하고, 광학 변형이 없거나 또는 매우 적은 플라스틱 렌즈의 제조방법을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주형중합법에 의한 플라스틱 렌즈에 있어서 광학 변형이 발생하는 것을 방지하는 것이다.

본 발명은 안경용 렌즈, 선글라스용 렌즈, 카메라용 렌즈 등 광학용으로 적합하고 광학적으로 균질한 플라스틱 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1, 2, 4 및 비교예 3에 대한 회전축의 위치 및 회전 방향을 나타낸 설명도,

도 2는 본 발명의 실시예 3에 대한 회전축의 위치 및 회전방향을 나타낸 설명도,

도 3은 본 발명의 실시예 5에 대한 회전축의 위치 및 회전방향을 나타낸 설명도,

도 4는 본 발명의 비교예 2에 대한 회전축의 위치 및 회전방향을 나타낸 설명도,

도 5는 종래법에서의 렌즈제조용 성형형틀의 구조를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 대향하는 2장의 몰드를 갖는 렌즈 제조용 성형형틀(이후, 본 발명에서는 쉘이라고 함)을 이용하고, 이 쉘의 내부 공간에 수지전구체를 주입하여 충만시키고, 이를 가온하여 중합하는 주형 중합법에 의한 플라스틱 렌즈의 제조방법에 있어서, 중합을 실행하는 동안, 상기 쉘을 거의 수평으로 유지한 회전축의 주위에 쉘내의 수지 전구체가 실질적으로 원심력의 영향을 받지 않을 정도의 저속도로회전 운동시키고, 쉘을 기준으로 했을 때의 쉘에 대한 중력의 방향을 연속적으로 변화시키고, 이에 의해 쉘 내의 상기 수지 전구체의 어떠한 미소 부분에 있어서도 이에 대한 중력의 작용 방향이 변화하는 것으로 이동을 생기지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 수지전구체라는 것은, 주형중합에 제공되는 재료로, 주로 모노머이지만 올리고머인 경우도 있다. 본 발명에서는 이후 간단히 모노머로서 설명한다.

상기에 있어서, 주형 중합 과정에 있어서 쉘에 주는 운동으로는 거의 수평으로 유지한 회전축에 의한 특정방향의 회전운동으로 하는 것이 좋다.

또한, 상기 주형 중합에 의한 제조방법에 있어서 모노머가 주입된 쉘을 거의 수평방향의 회전축을 따라 그 둘레를 회전 이동시키면서 중합하는 것이 특히 효과적이다.

상기 주형중합과정에 있어서 쉘이 부여하는 특정 방향의 회전 운동은 이하에 서술하는 바와 같다.

소정의 방법으로 조정된 모노머(monomer) 액을 쉘에 주입하고 주입구에 마개를 하여 모노머 액이 새지 않도록 한 후, 이 쉘을 수직방향으로 회전운동시킨다. 수직 방향의 회전운동이란 모노머가 주입된 쉘을 거의 수평방향의 회전축을 중심으로 회전 또는 그 둘레를 회전이동(전동)시키는 것을 말한다.

셀의 회전속도(회전수)는 0.1∼60 rpm, 바람직하게는 0.5∼40 rpm의 비교적 저속도의 범위로 하는 것이 좋다. 즉 상기 범위보다 고속이 되면 원심력이 내부의 모노머에 영향을 끼치고, 또 상기 범위보다 저속이 되면 내부의 모노머에 걸리는중력방향의 변화가 늦어지므로, 상기 범위 외에서는 광학 변형 개선의 목적을 달성할 수 없게 된다.

또한, 상기 회전운동으로는 쉘을 1방향으로 회전 또는 회전이동하는 것 외에 정역 양방향으로 반복하여 회전 또는 회전이동하는 것을 포함한다.

또한, 본 발명은 폴리우레탄계 수지의 렌즈 제조에 특히 적합하게 이용되지만, 다른 수지계, 예를 들면 아크릴, CR-39 등 광학 렌즈에 사용되는 수지계에도 응용할 수 있다.

상기 주형중합은 단관능성 또는 다관능성의 단량체의 단독 또는 혼합물을 몰드와 가스킷을 조합시킨 렌즈제조용 쉘에 충전한 것을 열이나 광으로 경화시켜 쉘 형상으로 성형하는 것이다.

본 발명에 있어서 폴리우레탄 렌즈를 제조하기 위한 단량체로서 사용되는 폴리이소시아네이트 화합물은 특별히 한정되지는 않지만, 톨루일렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포름디이소시아네이트, 물이 첨가된 크실렌디이소시아네이트, 물이 첨가된 디페닐메탄디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌디이소시아네이트, 비스(이소시아네이트메틸)디술피드, 2, 5-비시클로 [2, 2 1] 헵탄비스(메틸 이소시아네이트), 2, 6-비시클로 [2, 2 1] 헵탄비스(메틸 이소시아네이트)등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서 폴리우레탄 렌즈를 제조하기 위해서 폴리이소시아네이트와의 반응에 사용되는 폴리올도 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세롤, 펜탄디올, 헥산트리올 등을 들수있지만, 이 폴리올의 수산화기의 일부 또는 모두를 머캅토기로 치환한 테트라키스(머캅토메틸)메탄, 펜타에리스리톨테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 1, 2-비스 [(2-머캅토에틸)티오] -3-머캅토프로판, 4-머캅토메틸-3, 6-디티오-1, 8-옥탄디티올 등의 유황원자가 함유된 화합물이 렌즈용 수지로서의 굴절율 면에서 바람직하게 사용된다.

폴리이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물의 혼합비율은 NCO/OH 또는 SH(관능기) 몰비가 통상의 경우 0.5∼3.0 바람직하게는 0.5∼1.5의 범위이다.

또한 목적에 따라 각종의 첨가제를 첨가할 수도 있다. 예를 들면 내부잡형제, 가교제, 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 염료, 안료, 향료 등이 가해진다.

주형중합에 의한 렌즈제조용 쉘(성형형틀)로는 유리, 금속 또는 세라믹제 몰드와, 에틸렌초산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌에틸초산비닐공중합체(EEA), 폴리에틸렌(PE) 등 수지제 가스킷을 조합한 것이 사용된다. 폴리우레탄 렌즈의 경우 이 쉘의 공간에 폴리이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 혼합물을 주입하는 것에 의해 주형중합이 실시된다. 상기 기스킷 대신에 PE, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등 점착 테이프 또는 밀봉 테이프를 사용해도 좋다.

중합은 통상, 저온에서 고온으로 서서히 온도를 올리면서 실시한다. 이때의 초기온도는 5∼50℃로 하고, 5∼50시간에 100∼140℃로 온도를 올리는 것이 렌즈의 균질성을 향상시키는 면에서 바람직하다. 또한 반응속도를 조정하기 위해서 우레탄화 반응에 있어서 사용되는 공지의 반응촉매를 첨가할 수 있다.

본 발명에 방법에서는 상기한 바와 같이 쉘에 거의 수평의 회전축에 의한 회전 등의 운동을 주는 내부의 모노머의 임의의 미소부분에 걸리는 중력의 방향을 연속하여 순차 변화시키는 것으로, 주입된 모노머의 이동을 거의 방지할 수 있기 때문에 광학 변형이 없거나 또는 매우 적은 플라스틱 렌즈를 얻을 수 있다. 특히 온도나 회전속도 등을 적절한 조건으로 설정해 두는 것에 의해 광학 변형이 없는 플라스틱 렌즈를 얻을 수 있다.

또한 현상태의 셀을 정치하는 방법에서는 가스킷과 모노머의 반응에서, 제조된 렌즈 내부에 탁함이 발생하는 일도 있지만, 상기 본 발명에 의하면 쉘 내부의 모노머의 이동을 방지하면서 중합하기 때문에 그 탁함이 주변부에서 멈추는 것으로 렌즈 내부의 탁함을 방지할 수도 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 의해 제한되는 것이 아니다.

또한, 실시예 및 비교예에 있어서의 모노머액의 조정방법 및 맥리의 검사방법에 대해서는 하기와 같이 실시했다.

모노머액의 조정방법

미츠이도아츠화학제 MR-6A액 15kg을 401탱크(어드밴테크제 DV-40-JA형)에 넣고, 감압하에 5시간 기포를 제거한다. 다음으로 MR-6B액 19.5kg을 넣고 냉각(10℃) 교반하면서 기포제거를 계속한다. 또한 촉매로서 디부틸주석디클로라이드를 첨가하여 냉각·교반·기포제거를 3시간 계속하고, 모노머액을 조정했다.

맥리의 검사방법

100W 초고압 수은등조사장치(우시오전기제 UI-100형)에서 발생되는 평행광선에 렌즈를 비추어, 백색 스크린에 투영된 렌즈의 상을 검사했다. 맥리의 어떤 것은 투영상에 음영이 나타나기 때문에 불량이라고 판단한다.

(실시예)

도 1은 본 실시예의 설명도로서, '1' 은 렌즈제조용 성형형틀로서의 쉘, '2' 는 회전축이다. 상기한 소정의 조정방법에 의해 얻어진 모노머액을 종래와 같은 2장의 유리 몰드 및 가스킷으로 이루어지는 쉘에 주입하고, 주입구에 마개를 하여 모노머가 새지 않도록 한 후, 거의 수평으로 회전축을 갖는 회전장치에 회전축이유리 몰드면의 중심부근을 거의 수직으로 통과하도록 장착하고, 회전에 의해 쉘이 낙하하지 않도록 단단히 묶었다. 이렇게 해서 회전수 1 rpm, 중합 온도 40℃에서 10시간 회전을 계속하여 중합을 실시했다. 그 후 회전을 멈추고, 120℃로 온도를 올려서 모노머를 경화시켰다. 이렇게 해서 가스킷 및 유리 몰드를 제거하고, 중합체인 고체 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈의 맥리검사결과를 표 1에 나타냈다.

(실시예 2)

실시예 1과 마찬가지로 도 1의 설명도와 같이 모노머 액을 주입한 쉘(1)을 수평의 회전축(2)을 갖는 회전 장치에 장착하고, 주형 중합을 실시할 때 회전수 25rpm, 중합온도 20℃에서 42시간 회전을 계속하고 그 이후의 조작은 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 고체 렌즈를 얻었다. 이 렌즈의 맥리검사결과를 표 1에 나타냈다.

(실시예 3)

도 2는 본 실시예의 설명도로서, '1' 은 렌즈제조용 성형형틀로서의 쉘, '2' 는 회전축이다. 상기한 소정의 조정방법에 의해 얻어진 모노머 액을 2장의 유리 몰드 및 가스킷으로 이루어지는 쉘에 주입하고, 주입구에 마개를 하여 모노머가 새지 않도록 한 후, 거의 수평의 회전축을 갖는 회전장치에 회전축이 쉘의 중심부근을 유리 몰드면에 거의 평행으로 통과하도록 장착하고, 회전에 의해 성형형틀인 쉘이 낙하하지 않도록 단단히 묶었다. 그리고 회전수 10rpm, 중합 온도 20℃에서 42시간 회전을 계속하여 중합을 실시했다. 그 후 회전을 멈추고, 120℃까지 온도를 올려서 모노머를 강화시켰다. 이렇게 해서 가스킷 및 유리 몰드를 제거하고 고체 렌즈를얻었다. 이 렌즈의 맥리검사결과를 표 1에 나타냈다.

(실시예 4)

실시예 1과 마찬가지로 도 1의 설명도와 같이 모노머액을 주입한 쉘(1)을 수평의 회전축(2)을 갖는 회전 장치에 장착하고, 주형 중합을 실시할 때 회전수 25rpm, 중합 온도 35℃에서 12시간 회전을 계속하며, 그 이후의 조작은 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 고체 렌즈를 얻었다. 그 렌즈의 맥리검사결과를 표 1에 나타냈다.

(실시예 5)

도 3은 본 실시예의 설명도로서, '1' 은 렌즈제조용 성형형틀로서의 쉘, '2' 는 회전축, '3' 은 쉘과 회전축을 접속하는 지그이다. 상기한 조정방법에 의해 얻어진 모노머 액을 2장의 유리 몰드 및 가스킷으로 이루어지는 쉘에 주입하고, 주입구에 마개를 하여 모노머가 새지 않도록 한 후, 거의 수평으로 회전축을 갖는 회전 장치에 회전축이 유리 몰드면에 수직으로 통과하면서 또 쉘 외부에 오도록 장착하여 회전에 의해 쉘이 낙하하지 않도록 단단히 묶었다. 그리고 회전수 1rpm, 중합온도 30℃에서 16시간 회전을 계속했다. 그 후도 회전을 멈추지 않고, 120℃로 온도를 올려서 모노머를 경화시켰다. 가스킷 및 유리 몰드를 제거하여 고체 렌즈를 얻었다. 그 렌즈의 맥리 검사 결과를 표 1에 나타냈다.

(비교예 1)

상기 조정방법에 의해 얻어진 모노머 액을 2장의 유리 몰드 및 가스킷으로 이루어지는 쉘에 주입하고, 주입구에 마개를 하여 모노머가 새지 않도록 한 후, 회전시키지 않고, 중합 온도 30℃에서 16시간 중합했다. 그 후 120℃로 온도를 올려서 모노머를 경화시켰다. 가스킷 및 유리 몰드를 제거하여 고체의 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈의 맥리검사결과를 표 1에 나타냈다.

(비교예 2)

도 4는 본 비교예의 설명도로서, '1' 은 렌즈제조용 성형형틀로서의 쉘, '2' 는 회전축이다. 상기한 소정의 조정 방법에 의해 얻어진 모노머 액을 2장의 유리 몰드 및 가스킷으로 이루어지는 쉘에 주입하고, 주입구에 마개를 하여 모노머가 새지 않도록 한 후, 거의 수직으로 회전축을 갖는 회전 장치에 회전축이 유리몰드면의 중심부근을 거의 수직으로 통과하도록 장착하고, 회전에 의해 쉘이 낙하하지 않도록 단단히 묶었다. 그리고 회전수 10 rpm, 중합 온도 20℃에서 42시간 회전을 계속하여 중합을 실시했다. 그 후 회전을 멈추고, 120℃로 온도를 올려서 모노머를 경화시켰다. 가스킷 및 유리 몰드를 제거하고, 고체의 렌즈를 얻었다. 이 렌즈의 맥리검사결과를 표 1 에 나타냈다.

(비교예 3)

실시예 1과 마찬가지로 도 1의 설명도와 같이 모노머 액을 주입한 쉘(1) 수평의 회전축(2)을 갖는 회전 장치에 장착하고, 주형중합을 실시할 때 회전수 100rpm, 중합온도 20℃에서 42시간 회전을 계속하며, 그 이후의 조작은 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 고체의 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈의 맥리 검사 결과를 표 1에 나타냈다.

상기한 가설에 기초하여 실험을 실시했지만, 표 1을 보고 알 수 있는 바와 같이 모노머의 미소부분에 걸리는 중력의 방향이 연속적으로 서서히 변화하도록 쉘에 회전축을 거의 수평으로 하여 회전운동을 주는 것에 의해(실시예 1∼5) 맥리 불량을 개선할 수 있는 점, 특히 중합 온도 이외에서 쉘을 회전시키는 경우의 회전축의 위치나 방향 또는 회전 속도 등의 조건을 만족하는 것에 의해 맥리불량을 비약적으로 개선할 수 있음을 알았다.

상기한 본 발명의 플라스틱 렌즈의 제조방법에 의하면 종래의 플라스틱 렌즈 제조 방법이 갖는 맥리 문제를 해소하고, 또 중합 시간도 단축할 수 있기 때문에 몰드 재고량의 소량화도 가능하게 되며, 제품화율을 향상할 수 있어서 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 얻어지는 플라스틱 렌즈는 광학 변형이 없거나 또는매우 적은 광학적으로 균질한 렌즈이고, 또한 내부에 탁함이 없는 렌즈가 되므로, 안경용 렌즈, 선글라스용 렌즈, 카메라용 렌즈 등의 각종 광학용으로 적합하게 이용할 수 있는 것이 된다.

Claims

대향하는 2장의 몰드(mold)를 갖는 렌즈 제조용 성형형틀을 이용하고, 이 성형형틀의 양 몰드 사이의 내부 공간에 수지 전구체를 주입하여 충만시키고, 이를 가온하여 중합하는 주형(注型) 중합법에 의한 플라스틱 렌즈의 제조방법으로서,

중합을 실행하는 동안, 상기 성형형틀을 거의 수평으로 유지한 회전축의 주위에 성형형틀 내의 수지 전구체가 실질적으로 원심력의 영향을 받지 않을 정도의 저속도로 회전운동시키고, 성형형틀을 기준으로 했을 때의 성형형틀에 대한 중력의 방향을 연속적으로 변화시키고,

이에 의해, 성형형틀 내의 상기 수지 전구체의 어떠한 미소 부분에 있어서도 이에 대한 중력의 작용 방향이 변화하는 것으로 이동을 생기지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

성형형틀을 수평 방향의 회전축을 따라 회전 이동시키는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈의 제조 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

성형형틀의 회전 속도가 0.1∼60 rpm의 범위인 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

성형형틀에 주입되는 것이 폴리우레탄계 수지 전구체인 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈의 제조 방법.