KR100831238B1 - 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물, 이의 제조방법,및 이로부터 제조되는 광학 렌즈 - Google Patents

중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물, 이의 제조방법,및 이로부터 제조되는 광학 렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명도, 작업 및 저장 안정성이 개선된 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오가노실란과 굴절률이 1.7 내지 3.0인 무기산화물, 알루미늄 아세틸 아세톤, C1-C5의 알킬 셀로솔브, 및 용매를 포함하는 실록산계 피복 조성물과 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 코팅막을 포함하는 광학렌즈에 관한 것이다.
상기 실록산계 피복 조성물은 투명성을 증가시키고 끈적임이 없으며，장시간 동안의 저장 안정성을 향상시켜 광학용 렌즈, 산업 안전경 또는 레저용 고글 등 플라스틱 렌즈 표면에 코팅막으로 적용될 수 있다.
알루미늄 아세틸아세톤, 셀로솔브, 렌즈, 중굴절, 고굴절, 피복 조성물, 투명도, 작업안정성, 오가노실란

Description

중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물, 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 광학 렌즈{SILICONE-BASED HARD COATING MATERIALS WITH FOR MIDDLE AND HIGH REFRACTIVE INDEX SUBSTRATE, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND OPTICAL LENS PREPARED THEREFROM}
[산업상 이용분야]
본 발명은 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물, 이의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 광학 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명하고 끈적임이 없으며，장시간 동안의 저장 안정성을 향상시켜 광학용 렌즈, 산업 안전경 또는 레저용 고글 등 플라스틱 렌즈의 표면의 코팅막으로 적용 가능한 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 제조되는 광학 렌즈에 관한 것이다.
[종래기술]
종래의 유리렌즈는 압축효과가 높아 높은 도수의 렌즈의 제작이 용이하고, 물질 자체의 우수한 내마모성으로 인해 많이 사용되어 왔다. 그러나 상기 유리렌즈는 외부 충격에 의해 파열되기 쉽고 염료의 착색이 어려우며 자외선 차단과 같은 기능성을 부여하기 용이하지 않아 투명한 플라스틱 렌즈로 대체되고 있다.
플라스틱 재질은 투명성을 가지고, 가벼울 뿐만 아니라 내파열성 및 염료의 착색성이 뛰어나고, 여러 기능성을 부여하기가 용이한 장점이 있다. 이러한 플라스틱 렌즈는 광학용 렌즈, 특히 산업 안전경 및 레저용 고글 등에 적용되고 있다.
그러나 플라스틱 재질의 특성상 연질의 표면을 가지고 있어 외부 충격에 의해 쉽게 긁힘 자국이 나타나고 크랙(crack)이 발생함에 따라 렌즈로서의 사용 범위가 제한적이다. 이에 이러한 단점을 보완하기 위하여 플라스틱 렌즈의 표면에 내마모성이 우수한 유기물 또는 실리콘 피복제와 같은 피복 조성물을 코팅하여 사용하고 있다.
상기 플라스틱 렌즈용 피복 조성물은 내마모성, 착색성, 내용제성, 내열탕성, 부착성, 광택성, 투명성, 작업 및 저장 안정성 등의 특성을 모두 갖추는 것이 바람직하나 이 중 하나 이상의 물성이 미흡하여 그 사용에 있어서의 제한을 받고 있다.
대한민국 공개특허 제1998-2185호에서는 저장 안정성, 내마모성 및 착색성이 우수한 실록산계 피복 조성물을 개시하고 있나. 그러나 이러한 실록산계 피복 조성물은 투명도가 낮아 광학용 렌즈와 같은 미세 부품의 적용에는 적절치 못하다.
대한민국 공개특허 제2000-20026호에서는 내충격성이 우수한 고굴절율 내마모성 피복 조성물을 개시하고 있다. 이러한 피복 조성물은 착색성 및 광택성이 낮아 레저용 고글로 사용하는 경우 제품 품질이 저하된다.
대한민국 공개특허 제2002-9786호에서는 부착성, 광택성, 저장 및 작업 안정 성이 향상된 실록산계 피복 조성물을 언급하고 있다. 상기 실록산계 피복 조성물은 전술한 특성은 우수하나 착색성이 약간 떨어지고 내열탕 시험 시에 코팅막의 표면에 크랙(crack)이 발생하여 플라스틱 렌즈의 코팅막으로는 부적합하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 투명성이 우수하고, 끈적임이 없으며，장시간 동안의 저장 안정성이 우수한 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 중굴절 및 고굴절 실록산계 피복 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 피복 조성물로부터 제조되는 코팅막을 포함하는 광학렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
a) 하기 화학식 １로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물 0.1 내지 50 중량부，
b) 하기 화학식 ２로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물 10 내지 60 중량부，
c) 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물 1.0 내지 100 중량부,
d) 알루미늄 아세틸아세톤 0.01 내지 10 중량부,
e) C1-C5의 알킬 셀로솔브 1.0 내지 30 중량부, 및
f) 용매 10 내지 130 중량부
를 포함하는 실록산계 피복 조성물을 제공한다：
[화학식 1]
R1 a(SiOR2)4-a
상기 화학식 １에서，
R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C1-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C1-C6의 알릴기, 및 C３-C６의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고，
a는 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 2]
R3 bSi(OR4)4-b
상기 화학식 2에서，
R3는
Figure 112006075558112-pat00001
이고， 이때 R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
Figure 112006075558112-pat00002
로 이루어진 군에서 선택되고， 이때 R7은 수소, C1-C4의 알킬렌기, 및 C1-C4의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
R4는 C1-C6의 알킬기이고,
b는 0 내지 3의 정수이다.
또한 본 발명은
a) 용매 및 촉매 존재 하에 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물을 혼합한 후 졸-겔 반응을 수행하여 유기-무기 졸을 제조하는 단계；
b) 상기 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계를 포함하고，
상기 단계 a) 또는 b)의 어느 한 단계에서 알루미늄 아세틸아세톤과， C1-C5의 알킬 셀로솔브를 첨가하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 실록산계 피복 조성물로 제조된 중굴절 또는 고굴절 코팅막을 포함하는 광학렌즈를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 오가노실란과 알루미늄 아세틸아세톤을 포함하며, 상기 오가노실란의 히드록시기와 킬레이트를 형성하여 장시간 동안의 저장 안정성 및 투명성을 향상시킬 뿐만 아니라 안정화제인 C1∼C5의 알킬 셀로솔브를 포함하여 끈적임이 없다.
따라서, 상기 실록산계 피복 조성물은 각종 광학용 렌즈, 특히 산업 안전경 또는 레저용 고글 등의 표면에 코팅막으로 적용되기에 적합하다.
본 발명의 피복 조성물에 사용될 수 있는 오가노 실란은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 가수 분해물 또는 부분축합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분축합물을 포함한다.
다만, 상기 화학식 1의 화합물은 a가 1 이상인 경우에는 R1이 메틸기가 가장 바람직하다. 상기 R1의 알킬기가 길면 길어질수록 제조된 코팅막이 연질 특성을 강하게 나타내 코팅막으로서 물성이 저하된다. 필요에 따라서 메틸기를 갖는 것과 이와 다른 치환기를 가지는 것을 병용할 수 있으나 메틸기를 포함하는 실란 화합물의 몰 수가 다른 실란 화합물의 몰수보다 최소한 길거나 많아야 한다. 또한 a가 0인 경우는 R2가 C1∼C6의 알킬기인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 화학식 1의 화합물은 메틸 트리메톡시 실란(methyl trimethoxy silane), 메틸 트리에톡시 실란(methyl triethoxy silane), 비닐 트리메톡시 실란(vinyl trimethoxy silane), 비닐 트리에톡시 실란(vinyl triethoxy silane), 디메틸 디메톡시 실란(dimethyl dimethoxy silane), 디메틸 디에톡시 실란(dimethyl diethoxy silane), 비닐메틸 디메톡시 실란(vinyl methyl dimethoxy silane), 부틸 트리메톡시 실란(butyl trimethoxy silane), 디페닐 에톡시 비닐실란(diphenyl ethoxy vinylsilane), 메틸 트리이소프로폭시 실란(methyl isopropoxy silane), 메틸 트리아세톡시 실란(methyl triacetoxy silane), 테트라페녹시 실란(tetraphenoxy silane) 및 테트라프로폭시 실란(tetrapropoxy silane), 및 비닐 트리이소프로폭시 실란(vinyl triisopropoxy silane)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 화학식 1의 오가노실란 화합물은 전체 조성물에서 0.1 내지 50 중량부, 바람직하기로 1.0 내지 30 중량부로 함유된다. 만약 상기 범위 미만으로 함유되는 경우에는 코팅막의 내마모성이 저하되는 문제가 발생하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 오히려 내열탕성 시험시 코팅막에 크랙이 형성되는 문제가 발생하게 되므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
또한, 상기 화학식 2의 오가노실란 화합물은 관능기로 에폭시 관능기를 포함하며, 본 발명의 피복 조성물을 기재 상에 경화시킬 때 유기 염료의 착색 또는 염색을 가능하게 한다.
구체적으로, 상기 화학식 2의 화합물은 3-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(3-glycydoxy propyl trimethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(3-glycydoxy propyl triethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸메톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylmethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸에톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylethoxy silane), 및 베타-(3,4-에폭시 사이클로헥실)에틸 트리메톡시 실란(β-(3,4-epoxy cyclohexyl) ethyl trimethoxy silane)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이러한 화학식 2의 오가노실란 화합물은 전체 조성물에서 10 내지 60 중량 부, 바람직하기로 20 내지 40 중량부로 함유된다. 만약 상기 범위 미만으로 함유되는 경우에는 내열탕성 시험시 코팅막의 표면에 크랙이 발생되고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 오히려 코팅막의 내마모성이 저하되는 문제가 발생하게 되므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
그러나, 조성물 내에 함유되는 오가노실란을 장기간 보존하는 경우 유기-무기 졸의 표면에 있는 히드록시기(OH)간의 축합 반응에 의해 졸의 뭉침 현상이 발생하거나 끈적임 현상이 나타날 수 있다.
본 발명에서는 실록산계 피복 조성물의 코팅 작업성 및 저장 안정성의 개선을 위해서 알루미늄 아세틸아세톤을 포함한다. 상기 알루미늄 아세틸아세톤은 상기 오가노실란의 히드록시기와 킬레이팅하여 졸의 안정성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 알루미늄 아세틸아세톤은 전체 조성물에서 0.01 내지 10 중량부, 바람직하기로 0.1 내지 5 중량부로 함유된다. 만약 상기 범위 미만으로 함유되는 경우에는 효과가 미미하여 코팅막 건조시 끈적임이 발생하여 작업성이 크게 저하되고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 오히려 코팅막의 내마모성이 저하되어 제품의 품질이 낮아질 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
또한 상기 알루미늄 아세틸아세톤과 더불어 저장 안정성을 증가시키기 위한 안정화제로 C1∼C5의 알킬 셀로솔브를 포함한다.
본 발명의 피복 조성물에 사용가능한 알킬 셀로솔브는 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브, 및 이소프로필 셀로솔브 군으로부터 선택되는 1종 이상이 있다.
상기 알킬 셀로솔브는 전체 조성물에서 1.0 내지 30 중량부, 바람직하기로 5 내지 20 중량부로 함유된다. 만약 상기 범위 미만으로 함유되는 경우에는 저장 안정성이 저하되어 졸의 뭉침 현상이 발생하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 오히려 건조시 끈적임이 발생하고 코팅성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
또한 본 발명의 실록산계 피복 조성물은 중굴절 및 고굴절 특성을 나타내고, 내마모성을 높이기 위해 무기산화물을 일정 함량 포함한다.
사용 가능한 복합 산화물은 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물이며, 보다 바람직하게는 산화티타늄(TiO2)(굴절률 2.5~2.7), 산화실리콘(SiO2) (굴절률 1.5), 산화지르코늄(ZrO2) (굴절률 2.2), 산화주석(SnO2) (굴절률 2.0), 산화세륨(Ce2O3) (굴절율 2.2), 티탄산바륨(BaTiO3) (굴절율 2.4), 및 산화알루미늄(Al2O3) (굴절율 1.73), 및 산화이트륨(Y2O3) (굴절율 1.92)으로 이루어진 군에서 2종 이상 선택되는 산화물을 포함하는 복합산화물이다.
상기 복합 산화물은 굴절율에 따라 조성을 적절히 조합하여 사용될 수 있으며, 바람직한 예로는 TiO2-ZrO2-SnO2, TiO2-ZrO2-SiO2 및 TiO2-SnO2-SiO2 등이 사용될 수 있다.
이러한 무기산화물은 피복 조성물로부터 형성되는 코팅막의 굴절률을 1.5 내지 1.65 로 조절하여 코팅막이 중굴절 및 고굴절 특성을 나타낼 수 있도록 한다.
이러한 무기산화물은 실록산계 피복 조성물에서 안정한 분산 상태를 유지하고, 형성된 코팅막의 투명도를 고려하여 입자 크기가 5 내지 30 nm인 나노 사이즈 수준인 것이 바람직하다.
상기 무기산화물은 전체 조성물에서 1.0 내지 100 중량부, 바람직하기로 5 내지 80 중량부로 함유된다. 만약 상기 범위 미만으로 함유되는 경우에는 적절한 수준의 굴절율을 갖는 코팅막의 제조가 어려우며, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 오히려 코팅막의 크랙점이 되어 코팅막이 찢어지거나 갈라짐이 발생하여 막 경도가 심각하게 저하되므로 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
본 발명의 실록산계 피복 조성물은 저장 안정성, 및 내마모성 등의 제반 물성을 고려하여 그의 pH 및 반응속도를 조절하는 것이 필요하다.
이와 같은 목적으로 촉매를 사용하는데 그의 예로는 초산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로설포닉산, 파라-톨루엔설포닉산, 트리클로로아세틱산, 폴리포스포릭산, 아이오딕산, 요오드산 무수물, 퍼크로릭산 등과 같은 산 촉매 계열; 가성소다, 포타슘하이드록사이드, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 이미다졸, 암모늄 퍼클로레이트 등과 같은 염기 촉매 계열이 있다. 이들은 코팅액의 최종 pH 또는 성분에 따른 반응속도 그리고 적용기재에 대한 부착성 등을 고려하여 단독 또는 2 종 이상을 병용할 수 있다.
이때 사용되는 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, n-부탄 올, sec-부탄올, t-부탄올, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 자이렌, 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단독 또는 혼합 용매가 가능하다. 상기 용매는 전체 조성물에서 10 내지 130 중량부, 바람직하기로 30 내지 100 중량부로 사용된다.
본 발명의 내마모성 피복제는 기재와의 밀착성, 가공성, 반사 방지성 등을 보다 개선시킬 목적으로 본 발명의 효과가 저하되지 않는 범위에서 각종의 첨가제를 사용할 수도 있다.
이러한 첨가제의 예는 폴리올레핀계 에폭시 수지, 사이클로 헥산 옥사이드, 폴리글리시딜 에스터류, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 또는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 페놀계 등의 자외선 흡수제 등이다. 또한 도포성을 개선하기 위하여 각종 계면활성제를 배합할 수도 있으며, 이러한 계면활성제로는 디메틸실록산과 폴리에테르의 블록 공중합체나 그라프트 공중합체 또는 불소계 계면활성제 등이 사용될 수 있다.
전술한 바의 실록산계 피복 조성물은 통상의 피복 조성물의 제조에 사용되는 방법이 가능하며, 대표적으로,
a) 용매 및 촉매 존재 하에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 혼합한 후 졸-겔 반응을 수행하는 단계；
b) 얻어진 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계를 포함하고，
상기 단계 a) 또는 b)의 어느 한 단계에서 알루미늄 아세틸아세톤과 C1∼C5의 알킬 셀로솔브를 첨가한다.
구체적으로, 단계 a)에서 반응기에 용매 및 촉매 존재 하에 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물을 혼합한 후 20 내지 40 ℃의 온도에서 졸-겔 반응을 수행한다.
상기 졸-겔 반응을 통해 얻어진 유기-무기 졸은 화학식 1 및 2의 화합물이 3차원 망상 구조를 가져 안정한 분자 상태를 이뤄 낮은 온도에서 단시간 내에 부착력이 우수한 코팅막을 얻을 수 있게 된다.
단계 b)에서는 상기 단계 a)에서 얻어진 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가한다.
특히 본 발명의 알루미늄 아세틸아세톤과 안정화제는 상기 단계 a) 또는 b)의 어느 단계에서 첨가될 될 수 있으며, 단 첨가 순서에 있어서는 알루미늄 아세틸아세톤을 안정화제보다 먼저 투여한다.
상기 졸-겔 반응 후 생성된 유기-무기 졸의 표면에 위치한 히드록시기와 알루미늄 아세틸아세톤이 킬레이트를 형성하여 히드록시기간의 축합 반응을 억제함으로써 유기-무기 졸의 뭉침 현상을 방지한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 조성물로 제조된 코팅막은 1.5 내지 1.65 범위의 굴절율을 가져 중굴절 및 고굴절 코팅막으로 사용될 수 있으며, 각종 광학용 렌즈, 특히 산업 안전경, 및 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면에 코팅되어 플라스틱 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 장시간 동안 저장하더라도 졸의 안정성이 저하되지 않고, 기재 코팅 후 건조가 용이하여 작업 도중 먼지의 오염이 적어 작업 안정성이 뛰어나다.
이러한 조성물로 제조된 코팅막은 경도가 4H 내지 8H 이고 내열탕 측정에 의한 부착성이 우수할 뿐만 아니라 염색 후 투과율이 30 내지 70%를 나타낸다. 이와 더불어 고경도의 우수한 내마모성 및 내용제성을 가지며, 경화시 변색이 없고 광학적 투명성이 우수한 특징이 있다.
상기 코팅막은 이미 언급한 바와 같이 통상의 코팅방법을 이용하여 광학용 렌즈, 산업 안전경, 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면에 코팅 및 건조한 후 경화시켜 제조된다.
이때 피복 후 경화조건은 배합비나 성분에 따라서 다소 차이가 있으나 일반적으로는 기재의 연화점 미만의 온도인 60 내지 150 ℃에서 20 분 내지 10 시간 경화함으로써 목적하는 특성을 가지는 코팅막을 얻을 수 있다.
상기 사용되는 코팅방법은 통상의 습식 코팅법이 가능하여, 일예로 롤 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 또는 스핀 코팅이 사용될 수 있으며 본 발명에서 한정하지 않는다.
상기 실록산계 피복 조성물에 의하여 얻은 코팅막은 분산염료로 염색이 가능하다. 이러한 염색은 분산염료의 농도, 온도, 시간 등의 조건을 임의로 결정할 수 있으며, 일반적으로는 0.1 내지 1 중량% 농도의 염료 수용액을 사용하며, 80 내지 100 ℃의 온도에서 5 내지 10 분간 침적하여 염색하게 된다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.
실시예 1
조성물 제조
상온을 유지하는 자켓반응기(jacket reactor)에 테트라에톡시실란 100 g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 250 g에 메탄올 100 g을 첨가한 후, 5분간 교반하였다. 여기에 알루미늄 아세틸아세톤 10 g을 넣고 5분간 교반하고, pH 2.5의 초산 수용액 80 g을 넣고 3시간 교반하여 졸-겔 반응을 수행하였다.
이어서 반응기의 온도를 25 ℃로 낮춘 후, 상기 졸-겔 반응에 의해 제조된 졸 용액에 메탄올에 분산된 TiO2-SiO2-ZrO2(니산화학사 제조 DH-40, 입경 7∼9nm, 구형, 결정상, 굴절률 2.0, 고형분 30 중량 %)을 350 g 첨가하였다. 다음으로 1시간 동안 교반한 후에 100 g의 부틸셀로솔브를 첨가하여 실록산계 피복 조성물을 제조하였다.
코팅막 형성
안경용 고굴절 렌즈(케미그라스사 제조, MR-8, 굴절율 1.59)을 에칭한 후 상기 제조된 실록산계 피복 조성물에 침적시켜 피복시킨 후 110 ℃에서 2시간 동안 경화시켜 코팅막을 제조하였다.
실시예 2
부틸 셀로솔브 대신 메틸 셀로솔브를 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 3
부틸 셀로솔브 대신 에틸 셀로솔브를 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 4
부틸 셀로솔브 대신 이소프로필 셀로솔브를 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 5
알루미늄 아세틸아세톤을 5 g 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 6
알루미늄 아세틸아세톤을 20 g 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 7
오가노실란의 졸-겔 반응이 끝난 후 알루미늄 아세틸아세톤을 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 8
오가노실란의 졸-겔 반응 전에 부틸 셀로솔브 50 g을 첨가하여 반응을 보내고 나머지 300 g을 반응 종료 후에 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실시예 9
실시예 1에서 TiO2-SiO2-ZrO2(니산화학사 제조 DH-40, 입경 7∼9 nm, 구형, 결정상, 굴절율 2.0, 고형분 30 중량 %)을 170 g 첨가하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
비교예 1
알루미늄 아세틸아세톤을 첨가하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
비교예 2
부틸 셀로솔브를 첨가하지 않고 아세틸아세톤 100 g을 첨가하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
비교예 3
알루미늄 아세틸아세톤 및 부틸 셀로솔브 대신 아세틸아세톤 100 g을 첨가하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
비교예 4
알루미늄 아세틸아세톤 대신 알루미늄 이소프로폭사이드 10 g을 첨가하는 것을 제외하고, 상기 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
실험예 1: 실록산계 피복 조성물 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 실록산계 피복 조성물의 저장 안정성 및 작업성을 평가하여, 하기 표 1에 나타내었다.
A: 저장 안정성
25 ℃에서 1개월 저장하였을 경우 점도 변화 및 침전도를 평가하였다.
◎: 1 cP 이하의 점도 변화 및 0.1% 미만의 침전이 있는 경우
○: 1 cP 초과 3 cP 이하의 점도 변화 또는 0.1% 이상 0.5% 미만의 침전이 있는 경우
△: 3 cP 초과의 점도 변화 또는 0.5 % 이상의 침전이 있는 경우
B: 작업성
코팅 후 60 ℃에서 10분간 건조 후 관찰하였다.
○: 표면이 완전히 건조되어 맨손으로 만졌을 때 끈적임이 없는 경우
Δ: 표면의 건조가 약간 덜 되어 맨손으로 만졌을 때 끈적임이 있는 경우
×: 표면의 건조가 불량하여 맨손으로 만졌을 때 손에 묻어 나는 경우
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
저장안정성 ◎ ○ ○ ○ ○ ○ △ △
작업성 ○ ○ ○ ○ × △ × ×
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 부틸 셀로솔브 및 알루미늄 아세틸아세톤이 첨가된 조성물의 경우 시간이 지나도 조성물 내 침전 현상이 발생하지 않아 저장 안정성이 개선되고, 코팅막 형성시 코팅 후 막이 쉽게 건조되어 끈적임 현상이 발생하지 않아 작업성이 향상되었다.
이에 비하여, 비교예 1의 조성물의 경우 시간이 지남에 따라 침전이 약간 발생하였으며, 특히 알루미늄 아세틸아세톤의 미사용으로 코팅막 형성시 건조가 불량하여 끈적임 현상이 매우 심각하게 발생하였다.
비교예 2의 조성물의 경우 저장 안정성은 양호하였으나 부틸 셀로솔브 대신 아세틸아세톤을 사용함에 따라 코팅막 형성시 건조가 덜 되어 끈적임이 발생하여 작업 안정성이 저하되었다.
비교예 3의 조성물의 경우 알루미늄 아세틸아세톤과 부틸 셀로솔브를 사용하지 않고 아세틸 아세톤만을 사용함에 따라 저장 안정성 및 작업성 모두 낮은 결과를 보였다.
비교예 4의 조성물의 경우 알루미늄 아세틸아세톤 대신 종래 공지된 알루미늄 이소프로폭사이드를 사용하여 코팅막의 건조가 용이하였으나 시간이 지남에 따라 조성물 내 침전이 심각하게 발생하였다.
실험예 2: 코팅막 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 코팅막의 물성을 하기 표 2와 같이 평가하였으며, 얻어진 결과를 표 3에 나타내었다.
외관 경화 후의 코팅막을 육안으로 관찰 간섭 무늬: 무지개 색상의 간섭 색상 유ㅇ무 맑기: ○ :코팅 후 Haze의 변화가 1 이하인 경우 △ : 코팅 후 Haze의 변화가 1 초과인 경우
내마모성 0000 스틸울을 1kg의 해머에 묶어 렌즈에 30회 문지르고 긁힘정도를 관찰 1. 긁힘이 없는 것: 스크래치 0개 2. 긁힘이 조금 있는 것: 1cm 이하의 가는 스크래치 3개 이하 또는 1cm 초과의 긴 스크래치 1개 이하 3. 긁힘이 심한 것: 1cm 이하의 가는 스크래치 3개 초과 또는 1cm 초과의 긴 스크래치 1개 초과
부착성 ASTM D3359에 의거하여 코팅막에 세로, 가로 각각 1 mm 간격으로 칸을 그어 1mm2 의 칸을 100개 만든 후 일본 니치반사의 폭 24 mm의 셀로판 테이프를 이용하여 10회 박리테스트를 행하여 박리되지 않고 부착되어 있는 칸수를 세어서 판정.
내용제성 이소프로필알코올 및 아세톤에 침지시킨 솜으로 100회 문지른 후 외관 검사로 판정.
내열탕성 코팅된 고굴절 렌즈(MR8:케미그라스사)를 100 ℃의 끓는 물에 10분간 침적시킨 후 외관 검사 및 부착성 테스트를 수행.
경화시 변색성 경화 후 렌즈를 육안으로 관찰하여 변색성을 판정.
염색성 브레인 파우어 인코포레이티드사의 BPI선브라운 염료의 0.2중량% 수용액에 피복된 렌즈를 90 ℃에서 5분간 침적시킨 후 렌즈의 투과율을 측정
굴절율 실리콘 웨이퍼에 피복 조성물을 코팅한 후 경화시켜 프리즘커플러(prism coupler)를 이용하여 각 부위별로 5회 측정하여 평균값을 구함.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
외관(간섭) 무 무 무 무 무 무 무 무
외관(맑기) ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △
내마모성 1 1 1 1 2 2 3 2
부착성 100 /100 100 /100 100 /100 100 /100 100 /100 100 /100 100 /100 100 /100
내용제성 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무
내열탕성(외관) 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무 이상 무
내열탕성(부착성) 100 /100 90 /100 100 /100 100 /100 60 /100 100 /100 70 /100 100 /100
경화시 변색성 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
염색성(%) 70% 68% 70% 67% 75% 70% 73% 78%
굴절율 1.59 1.59 1.59 1.59 1.58 1.59 1.58 1.60
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따라 알루미늄 아세틸아세톤과 알킬 셀로솔브를 사용하여 제조된 코팅막의 실시예 1 내지 4의 코팅막은 굴절율이 1.58 내지 1.59로 고굴절 코팅막으로, 외관, 내마모성, 부착성, 내용제성, 내열탕성, 및 경화시 변색성의 모든 면에서 우수한 결과를 나타내었다. 염색성 또한 70% 이하로 양호한 수치를 보였다.
비교예 1의 코팅막의 경우 상온에서 측정한 부착성은 우수하였으나 내마모성이 부족하고, 내열탕 실험에서 코팅막이 기재와 분리가 심각하게 발생하였다. 또한 염색성 측정 시험에서도 75%로 비교적 높은 수치를 나타내어 염료가 코팅막 내 안정하게 부착될 수 없음을 보였다.
비교예 2의 코팅막의 경우 내열탕 실험을 통한 부착성 시험에서 우수하였으나, 코팅 조성물 자체의 코팅성의 불량으로 인해 내마모성이 부족하여 표면에 쉽게 긁힘이 발생하여 코팅막으로서 사용하기에 부적절하였다.
비교예 3의 코팅막의 경우 외관 및 상온에서의 부착성이 우수하고 경화시 변색이 발생하지 않았으나, 내마모성 및 내열탕성이 매우 저하됨을 알 수 있다. 특히 건조 공정에서의 심각한 끈적임으로 인해 코팅성이 매우 불량하여, 경화후 형성된 코팅막의 내마모성이 매우 낮았으며, 내열탕 실험에서도 기재로부터 쉽게 탈리되었다. 염색성 또한 73%로 염료 자체가 코팅막에 균일하게 분산 및 부착되지 않음을 보였다.
비교예 4의 코팅막의 경우 상온 및 내열탕 실험을 통한 부착성 결과가 우수하였으며, 경화시 변색이 발생하지 않았다. 그러나 조성물의 낮은 저장 안정성으로 발생한 침전으로 경화 후에 제조된 코팅막의 맑기가 감소하여 불투명함을 보였다. 더욱이 내마모성 실험에서도 '2 등급'의 결과를 보였으며 염색성 또한 78%로 매우 부적합한 결과를 보였다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 중굴절 및 고굴절용 실록산계 피복 조성물은 저장 안정성이 우수하고 건조가 잘 되어 공정 중 먼지의 오염이 적으므로 작업 안정성이 뛰어나다. 또한, 경화 후 제조된 코팅막의 경우 투명성을 유지하면서 내마모성, 내용제성 및 내열탕성 실험을 통한 부착성이 우수하고, 경화시 변색이 발생하지 않아 광학용 렌즈, 산업 안전경, 및 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면의 코팅막으로 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. a) 하기 화학식 １로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물 0.1 내지 50 중량부，
    b) 하기 화학식 ２로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물 10 내지 60 중량부，
    c) 굴절율이 1.7 내지 3.0이고, 평균 입경이 5 내지 30 nm인 무기산화물 1.0 내지 100 중량부,
    d) 알루미늄 아세틸아세톤 1.0 내지 100 중량부,
    e) C1-C5의 알킬 셀로솔브 1.0 내지 20 중량부, 및
    f) 용매 10 내지 130 중량부
    를 포함하는 것인 실록산계 피복 조성물：
    [화학식 1]
    R1 aSi(OR2)4-a
    상기 화학식 １에서，
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C1-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C1-C6의 알릴기, 및 C３-C６의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고，
    a는 0 내지 3의 정수이다.
    [화학식 2]
    R3 bSi(OR4)4-b
    상기 화학식 2에서，
    R3는
    Figure 112007083713070-pat00003
    이고， 이때 R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
    Figure 112007083713070-pat00004
    로 이루어진 군에서 선택되고， 이때 R7은 수소, C1-C4의 알킬렌기, 및 C1-C4의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R4는 C1-C6의 알킬기이고,
    b는 0 내지 3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물은 메틸 트리메톡시 실란(methyl trimethoxy silane), 메틸 트리에톡시 실란(methyl triethoxy silane), 비닐 트리메톡시 실란(vinyl trimethoxy silane), 비닐 트리에톡시 실란(vinyl triethoxy silane), 디메틸 디메톡시 실란(dimethyl dimethoxy silane), 디메틸 디에톡시 실란(dimethyl diethoxy silane), 비닐메틸 디메톡시 실란(vinyl methyl dimethoxy silane), 부틸 트리메톡시 실란(butyl trimethoxy silane), 디페닐 에톡시 비닐실란(diphenyl ethoxy vinylsilane), 메틸 트리이소프로폭시 실란(methyl isopropoxy silane), 메 틸 트리아세톡시 실란(methyl triacetoxy silane), 테트라페녹시 실란(tetraphenoxy silane) 및 테트라프로폭시 실란(tetrapropoxy silane), 및 비닐 트리이소프로폭시 실란(vinyl triisopropoxy silane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2의 화합물은 3-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(3-glycydoxy propyl trimethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(3-glycydoxy propyl triethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸메톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylmethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸에톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylethoxy silane), 및 베타-(3,4-에폭시 사이클로헥실)에틸 트리메톡시 실란(β-(3,4-epoxy cyclohexyl) ethyl trimethoxy silane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기산화물은 산화티타늄(TiO2), 산화실리콘(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnO2), 산화세륨(Ce2O3), 티탄산바륨(BaTiO3), 산화알루미늄(Al2O3), 및 산화이트륨(Y2O3)으로 이루어진 군에서 2종 이상 선택되는 산화물을 포함하는 복합산화물인 실록산계 피복 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 C1-C5의 알킬 셀로솔브는 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브, 및 이소프로필 셀로솔브로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것인 실록산계 피복 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, t-부탄올, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 자이렌, 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단독 또는 혼합 용매인 것인 실록산계 피복 조성물.
  8. a) 용매 및 촉매 존재 하에 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물, 이의 가수분해물 또는 부분 축합물을 혼합한 후 졸-겔 반응을 수행하는 단계；
    b) 얻어진 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0이고, 평균 입경이 5 내지 30 nm인 무기산화물을 첨가하는 단계를 포함하고，
    상기 단계 a) 또는 b)의 어느 한 단계에서 알루미늄 아세틸아세톤과 C1-C5의 알킬 셀로솔브를 첨가하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법:
    [화학식 1]
    R1 aSi(OR2)4-a
    상기 화학식 １에서，
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C1-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C1-C6의 알릴기, 및 C３-C６의 방향족기로 이루어진 군에서 선택되고，
    a는 0 내지 3의 정수이다.
    [화학식 2]
    R3 bSi(OR4)4-b
    상기 화학식 2에서，
    R3는
    Figure 112007083713070-pat00005
    이고， 이때 R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
    Figure 112007083713070-pat00006
    로 이루어진 군에서 선택되고， 이때 R7은 수소, C1-C4의 알킬렌기, 및 C1-C4의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고,
    R4는 C1-C6의 알킬기이고,
    b는 0 내지 3의 정수이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 a)의 반응은 20 내지 40 ℃의 온도에서 수행하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 알루미늄 아세틸아세톤은 단계 a)의 졸-겔 반응 이전 또는 이후에 투입하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 C1-C5의 알킬 셀로솔브는 단계 a)의 졸-겔 반응 이전 또는 이후에 투입하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 C1-C5의 알킬 셀로솔브는 알루미늄 아세틸아세톤 주입 이후에 투입되는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 촉매는 산 촉매 또는 염기 촉매인 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산 촉매는 초산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로설포닉산, 파라-톨루엔설포닉산, 트리클로로아세틱산, 폴리포스포릭산, 아이오딕산, 요오드산 무수물 및 퍼크로릭산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 염기 촉매는 가성소다, 포타슘하이드록사이드, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 이미다졸, 및 암모늄 퍼클로레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  16. 제1항의 실록산계 피복 조성물로 제조되며 굴절율이 1.5 내지 1.65인 코팅막이 구비된 광학 렌즈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광학 렌즈는 산업 안전경, 또는 레져용 고글인 광학 렌즈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 무기산화물은 산화티타늄(TiO2), 산화실리콘(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 및 산화주석(SnO2)으로 이루어진 군에서 2종 이상 선택되는 산화물을 포함하는 복합산화물인 실록산계 피복 조성물.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 무기산화물은 TiO2-ZrO2-SnO2, TiO2-ZrO2-SiO2, 및 TiO2-SnO2-SiO2 로 이루어진 군에서 선택된 것인 실록산계 피복 조성물.
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