KR101435702B1

KR101435702B1 - 우레탄 반복단위의 특정 중량퍼센트를 가진 열가소성 폴리우레탄 렌즈

Info

Publication number: KR101435702B1
Application number: KR1020097023042A
Authority: KR
Inventors: 하오-웬 치우; 로저 에이. 메이어; 레앙이리스 이안
Original assignee: 에씰로르 엥떼르나씨오날(꽁파니 제네랄 돕띠끄)
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2014-09-02
Also published as: EP2155479B1; CN101678620A; EP2155479A4; CN101678620B; US8270089B2; US20080246187A1; WO2008124288A1; EP2155479A1; BRPI0809918A2; KR20100016211A

Abstract

열가소성 폴리우레탄(TPU을 광학 렌즈로 형성하기 위한 방법이 개시된다. 적절한 TPU는 적어도 23중량%로 존재하는 우레탄 반복단위(-NHCOO-)를 함유한다. 이러한 범위의 우레탄 중량은 1,400㎫을 초과하는 굴곡 탄성율의 표시기이다. TPU는 1.54를 초과하는 굴절률과 27을 초과하는 아베수를 가진다. TPU들은 약 100℃를 초과하는 유리 전이 온도를 가진다. 선택된 TPU는 무테 안경에서 사용하기 위하여 잘 적합한 안과용 렌즈를 형성하도록 사출 성형될 수 있다. 렌즈는 고 내용제성이며, 동시에 용이하게 염색 가능하다. 본 발명에 따라서 만들어진 렌즈는 FDA 21 CFR 801.41 충격 요건과, ANSI Z87.1 고속 충격(HVI) 표준에 부합한다.

안과용 렌즈, 열가소성 폴리우레탄, 무테 안경, 아베수

Description

우레탄 반복단위의 특정 중량퍼센트를 가진 열가소성 폴리우레탄 렌즈{THERMOPLASTIC POLYURETHANE LENSES WITH A SPECIFIED WEIGHT PERCENTAGE OF URETHANE REPEATING UNITS}

본 발명은 광학적 및 기계적 특성의 우수한 밸런스를 가지는 우레탄 반복단위(-NHCOO-)의 특정 중량퍼센트(specified weight percentage)를 가진 열가소성 폴리우레탄으로 렌즈를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

광학 렌즈에서 사용되는 재료는 적절한 굴절률, 적절한 아베수(Abbe number), 충분한 경도, 및 낮은 황도측색(yellowness index)을 가져야만 한다. 다음의 개요는 일부 우레탄 중합체의 기계적 및 광학적 특성들에 관한 종래 기술의 현재 상태를 제공한다.

미국 특허 제5,679,756호는 열가소성 티오우레탄-우레탄 공중합체(thermoplastic thiourethane-urethane copolymer, TTUC)를 제조하는 공정을 개시한다. 상기 특허는 TTUC가 광학 제품의 재료로서 사용될 수 있으며 사출성형 또는 압축성형 기술을 채택하는 것에 의해 형성될 수 있다는 것을 개시한다. 상기 특허는 약 1.58 내지 대략 1.60 사이의 굴절률과, 약 32을 초과하는 아베수와 같은 필요한 재료 특성을 개시한다. 상기 특허는 또한 안과용 렌즈 재료가 85 보다 큰 쇼어 D 경도를 가져야 하는 것을 기술하고, 30 미만의 아베수를 구비한 재료가 안과용 렌즈로서 사용하는데 부적합하다는 것을 나타낸다. 다양한 형태의 TTUC는 1.579 내지 1,594의 굴절률, 34 내지 38의 아베수, 및 86 또는 87의 쇼어 D 경도를 가지도록 상기 특허에서 기술되었다. TTUC는 Isoplast 301 및 다양한 Pellethanes와 같은 Dow Chemical의 시판중인 열가소성 폴리우레탄(TPU)과 비교되었다. 부가적으로, 상기 특허는 비록 Isoplast 301이 1.5952의 굴절률 및 88의 쇼어 경도를 가질지라도, 28인 그 아베수가 안과용 렌즈에서 사용하는데 예외적으로 빈약한 선택을 만들 것이라고 기술한다. 상기 특허는 또한 대체로 낮은 유리 전이 온도(glass transition temperature), 낮은 경도, 높은 황도측색, 및 빈약한 굴절률 및 아베수 결합을 가지기 때문에 안과용 렌즈에 부적합한 재료로서 1995년에 상업적으로 시판중인 TPU를 기술한다. 상기 특허는 부가적으로 그 발명의 광발색성(photochromic)의 렌즈를 염색하고 만드는 것을 기술한다.

미국 특허 제4,822, 827호는 높은 유리 전이 온도를 가진 다양한 TPU를 제조하는 공정을 개시한다. 이 특허는 높은 굴곡 탄성율(flexural modulus), UV 영역 내로 연장하는 우수한 광투과율로 인한 우수한 광 투명도(optical clarity)를 가지며 사실상 황 염색(yellow coloration)을 가지지 않는 재료를 특징으로 한다. 이 특허는 증기 살균을 위한 수술 설비 트레이를 포함하는 의료 디바이스와 유사한 디바이스에서 특히 유용하다. 이 특허는 기술된 TPU가 또한 다른 것 중에서 사출성형 및 압축성형 기술을 사용하여 성형될 수 있다는 것을 기술한다. 이 특허는 또한 약 1030㎫을 초과하는 굴곡 탄성율을 가진 TPU를 개시하고, 특히 1741㎫ 내지 3478㎫ 의 범위에 있는 굴곡 탄성율을 가진 TPU를 개시한다. 이 특허는 87.17% 내지 90.50%의 광투과율 및 1.50 내지 4.13의 황도측색을 구비한 TPU를 기술한다.

종래 기술은 다양한 티오우레탄과 우레탄 공중합체를 합성하는 것에 관한 것이며, 열성형(thermoforming)을 위한 기술을 특정하여 검토하지 않는다. 따라서, 종래 기술은 개선된 공정 및 장식을 위한 낮은 유리 전이 온도와 함께 용인 가능한 기계적 특성에 대한 NHCOO 존재의 상관 관계를 확인하는데 실패한다 .

본 발명의 목적은 광학 렌즈를 형성하기 위하여 특정화된 분자 구조를 가지는 열가소성 폴리우레탄을 제공하는데 있다.

본 발명의 추가의 목적은 기계적 및 광학적 특성들의 우수한 밸런스를 가지는 TPU를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 무테(rimless) 안경에서 보다 큰 내응력성(stress resistance)을 위하여 증가된 수소 결합을 가진 TPU를 제공하는데 있다.

황색도(yellowness)를 제어하도록 첨가제를 제공하는 것에 의해 광학적 특성을 개선하는 것이 추가의 목적이다.

이러한 것들과 다른 관련된 목적은, 본 발명에 따라 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로부터 높은 투과율의 광학 렌즈를 형성하는 방법에 의해 달성되고, 23중량%(중량퍼센트) 초과의 우레탄 반복단위(-NΗCOO-)를 갖는 TPU로부터의 렌즈 형상화에 의해 광학 렌즈를 형성하여 생성되는 렌즈에서는 금(flaw)이 생겨나고 전파되는 것이 감소되며 상기 광학 렌즈는 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대해 보다 큰 내성을 갖는다.

TPU는 약 1,400㎫을 초과하는 굴곡 탄성율 및 약 100℃ 내지 약 140℃의 유리 전이 온도(T_g)를 갖는다. TPU는 1.54를 초과하는 굴절률(n_d) 및 27을 초과하는 아베수를 갖는다. 렌즈를 형성하기 전에, 하나 이상의 첨가제, 예를 들어, 내산화제, 자외선 흡수제(UVA), 또는 입체장애된 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizer, HALS)가 TPU에 첨가될 수 있다. TPU는 약 27 내지 약 45의 아베수 및 약 1.54 내지 약 1.60의 굴절률(n_d)을 갖는다.

TPU는 내용제성(solvent resistant)이며 광학 렌즈는 염색 가능하다(tintable). 렌즈 형상화 작업은 사출 성형 또는 압축 성형일 수 있다. 한 실시예에서, 광학적 색상 안정화제가 TPU와 혼합되고, 광학 렌즈로 사출 성형된다. 추가의 단계는 적어도 하나의 보호층으로 렌즈를 코팅하고, 측벽에 인접한 보어(bore)가 형성되도록 상기 코팅물과 광학 렌즈를 천공하는 것을 포함할 수 있다. 무테 안경은 보어를 통해 렌즈에 브라켓을 부착시켜 형성된다. 상기 중량%의 우레탄 반복단위(-NHCOO-)는, 최종 렌즈 형상화 작업으로부터 형성된 광학 표면에 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대한 보다 큰 내성을 제공한다. 측벽은 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대해 보다 큰 내성을 갖는다. 코팅에 앞서, 색조(tint)가 TPU 렌즈에 적용될 수 있다.

본 발명은 또한 개시된 방법에 의해 제조되는, 무테 안경을 위한 안과용 렌즈를 포함한다. 렌즈는 내산화제, 자외선 흡수제(UVA), 입체장애된 아민 광 안정화제(HALS) 및 이것들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 첨가제를 포함할 수 있다. 렌즈에서 상기 중량퍼센트의 우레탄 반복단위(-NHCOO-)는, 천공 동안 상기 TPU에 생성된 금의 유지력이 개선된 측벽을 제공하고, 이에 따라 금이 커지고 전파되어 렌즈 기판 및 보호 코팅층에서 크랙 및 잔금이 유발될 가능성이 적어진다.

본 발명의 이점, 특성 및 다양한 추가의 특징들이 첨부된 도면과 관련하여 상세하게 기술된 예시적인 실시예를 고려하는 것에 의해 보다 완전하게 된다.

도 1은 우레탄 반복단위의 대응하는 중량퍼센트에 비교된 다양한 TPU 재료들의 굴곡 탄성율의 막대 그래프.

도 2는 변수들 사이의 관계를 예시도록 도 1로부터의 데이터를 도시한 그래프.

도 3a는 폴리카보네이트 렌즈의 코걸이 보어 홀(nasal bore hole)의 사진.

도 3b는 TPU 렌즈의 코걸이 보어 홀의 사진.

도 4는 TPU 렌즈와 CR-39 렌즈에 대한 BPI 염색 용액에서의 침수(submersion) 시간 대 투과율을 도시한 그래프.

본 발명은 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대한 높은 내성을 갖는 TPU로부터 무테 안경 착용에 특히 적합한 광학 렌즈를 형성하는 방법을 제공한다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 특정 중량퍼센트의 우레탄 반복단위(-NHCOO-)를 갖는다. 본 출원인은, 우레탄 반복단위의 존재 증가가 굴곡 탄성율의 증가와 양의 상관관계가 있으며 굴곡 탄성률의 증가는 렌즈에서 우수한 치수 안정성을 유도한다는 것을 인지하였다. 본 출원인은 또한 우레탄 증가가 수소 결합 증가와 양의 상관관계가 있다는 것을 인지하였고, 수소 결합의 증가는 무테 안경에 특히 적합한 양호한 응력 크랙 내성을 제공한다. 이러한 수소 결합 상관관계는, 우레탄의 존재 증가에 따라 전체적인 수소 함유량이 감소하기 때문에 놀라운 것이었다.

특정 상기 TPU는 경계선 황도측색을 보유하였다. 당업계에는 이러한 재료는 렌즈에 사용될 수 없다는 것이 일반적이었다. 그러나, 본 출원인은 특정 TPU가 열 성형 작업 동안의 열산화 분해를 감소시키는데 이용될 수 있는 비교적 낮은 유리 전이 온도를 갖는다는 것을 인지하였다. 부가하여, 선택된 TPU는 우수한 염색성 및 양호한 내용제성을 가지며, 이로써 전체적으로 용인가능한 색상 및 기타 광학 특성을 제공한다.

Zhu의 특허에서 개시된 바와 같이, 많은 상업적으로 이용가능한 TPU는 낮은 아베수와 높은 황색도를 특징으로 하는 덜 바람직한 광학 특성들을 갖는 경향이 있다. 아베수는 가시 영역에서의 광파 분산의 척도이다. 아베수가 낮을수록, 이것을 광학 렌즈용 재료로서 사용하는 것이 덜 바람직하다. Zhu의 특허는 안과용 렌즈에 사용하기 위해서는 아베수를 약 32 초과로 특정한다. 부가하여, Zhu의 특허는, TPU가 열산화 분해 및 광분해의 결과로서 점진적으로 황색화(yellowing)하는 경향이 있기 때문에 이러한 TPU를 광학 렌즈로서 사용하는데는 문제가 있다고 기술한다.

Zhu의 티오우레탄과 우레탄의 주요 차이는 티오우레탄이 이소시안산염과 티올(R-SH)로 만들어진 반면에, 우레탄은 이소시안산염과 알코올(R-OH)로 만들어졌다는 것이다. 열가소성 티오우레탄-우레탄 공중합체의 경우에, MDI(4,4'-메틸렌 비스(페닐 이소시안산염)) 및 HMDI (4,4-메틸렌 비스(시클로헥실 이소시안산염))은 공중합체를 형성하도록 티올, 예를 들어 2,2'- 티오에탄디올 또는 비스 (2-메르캡토에틸(mercaptoethyl)) 황화물, 및 다이올(diols), 예를 들어 시클로헥산 디메탄올과 반응한다. 본 발명에 따른 공정에서, 발명자들은 주 반응제로서 디이소시안산염 및 다이올(및 선택적으로 작은 양의 폴리올(polyols))을 가지는 열가소성 폴리우레탄을 사용한다. TPU에는 어떠한 형태의 티올도 없다. 본 발명에서 사용될 수 있는 한 형태의 폴리우레탄은 MDI, 1,6-헥산디올, 시클로헥산디메탄올, 및 폴리테트라메틸렌 글리콜로부터 합성된다.

본 발명의 또 다른 형태는 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대해 보다 큰 내성을 갖는 재료로부터 광학 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. 우레탄 반복단위를 높은 중량퍼센트로 갖는 TPU는 우레탄 반복단위의 수소 결합 형성 능력으로 인하여 높은 굴곡 탄성율을 갖는 경향이 있다는 것을 알아냈다. Dow Chemical Company 및 Noveon에 의해 제조된 다수의 상업적으로 이용가능한 TPU 수지를 분석하여 재료의 우레탄 반복단위의 중량퍼센트와 굴곡 탄성율 사이의 관계를 결정하였다.

표 1은 TPU 상에서 실시된 원소 분석 결과들 뿐만 아니라 대응하는 우레탄 반복단위의 중량퍼센트 및 굴곡 탄성율을 나타낸다.

	%C	%H	%O	%N	-NHCOO- (중량%)	굴곡 탄성율(㎫)
Tecoflex EG-80A	65.8	10.8	21.0	2.3	9.8	7
Tecoflex EG-93A	65.5	10.2	19.9	4.2	17.6	22
Tecoflex EG-72D	65.0	9.9	19.2	5.5	23.3	634
Tecoflex TP-470	69.1	7.4	17.6	6.0	25.3	2068
Isoplast 2510	67.8	7.2	18.6	6.5	27.3	1793
Isoplast 301	69.0	6.8	17.0	6.9	29.0	2344
Isoplast 302EZ	70.0	6.7	16.3	7.1	29.8	2275

안경류 적용을 위해 적합한 재료의 굴곡 탄성율은 약 1400㎫를 초과한다. 도 1은 컬럼 6의 우레탄 중량퍼센트 대 컬럼 7의 굴곡 탄성율의 막대 그래프이다. 도 2는 표 1에 열거된 TPU 재료의 굴곡 탄성율 대 우레탄 반복단위의 중량퍼센트의 그래프이다. 도 1로부터 각각의 막대는 도 2에서 점으로서 도시된다. 좌측으로부터 우측으로의 막대들은 우레탄 중량을 증가시키는 것에 의해 좌측으로부터 우측으로의 점들에 대응한다.

재료들과 점들은 한 그룹의 TPU들의 샘플들을 나타낸다. 도 2의 선은 샘플 점들 사이의 관계를 예시한다. 예를 들어, 그래프는 증가하는 우레탄 중량과 굴곡 탄성율 사이의 기하학적 관계를 나타낸다. 본 출원인은 약 23%을 초과하는 우레탄 반복단위(-NHCOO-)의 최소 중량퍼센트가 광학 렌즈에서 사용하는데 적합한 굴곡 탄성율에 대응하는 것을 실험에 의해 정의하였다.

23%를 초과하는 폴리우레탄 반복단위를 구비한 TPU는 무테 안경에서 사용하는데 특히 적합하다. 상기된 바와 같이, 폴리우레탄 반복단위는 수소 결합을 형성할 수 있으며, 그 결과 렌즈 내로의 천공과 관련되어 응력 유도 크랙 및 잔금에 대한 내성이 증가된다. 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대한 TPU 내성의 보다 상세한 설명은 렌즈 내로의 Isoplast 301을 형성하는 설명에서 다음에 제공된다.

23% 초과의 우레탄 반복단위 중량퍼센트를 갖는 여러 열가소성 폴리우레탄은 광학 렌즈에서의 사용에 적합한 광학 특성들을 또한 갖는다. 이러한 폴리우레탄은 Isoplast 301, 2530 및 2531과 Tecoplast TP-470을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이것들은 전형적으로 1.54를 초과하는 굴절률(n_d), 27을 초과하는 아베수, 약 90%를 초과하는 광투과율을 갖는다. 부가하여, 이것들은 용이하게 염색 가능하고(하기 나타낸 바와 같음) 내용제성이며, 100℃ (212℉) 내지 140℃ (284℉), 예를 들어 120℃ (248℉) 미만의 특정 값을 갖는 유리 전이 온도(T_g)를 갖는다. 그러나, 이러한 TPU 역시 광분해 및 열산화 분해로 인하여 Isoplast 301을 사용한 실험에 관해 하기에서 논의되는 바와 같이 점진적으로 황색화하는 경향을 갖는다. 점진적인 황색화는 하기에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이 첨가제 혼합물을 사용함으로써 안정화될 수 있다.

당업계에 통상 공지된 바와 같은 사출 성형 및 압축 성형 기술을 이용하여, 높은 중량퍼센트의 우레탄 반복단위를 갖는 TPU로부터 렌즈를 형성할 수 있다. 유리 전이 온도가 높을수록 렌즈 형성 동안 더 많은 열이 필요하고 더 긴 냉각 기간이 필요하기 때문에 이러한 기술을 이용할 때는 낮은 유리 전이 온도, 바람직하게 130℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖는 재료가 바람직하다. 열이 높을수록 열산화 분해가 악화되는 한편, 냉각 기간이 길수록 사이클 시간이 증가된다. 렌즈는 또한 염색될 수 있으며, 당업계에 공지된 바와 같이 보호층으로 추가로 코팅될 수 있다. 또한, 하기 기술되는 바와 같이, 렌즈는 무테 프레임에 장착될 때 통상적으로 천공된다. 하기 기재는 높은 중량퍼센트의 우레탄 반복단위(-NHCOO-)를 갖는 TPU로부터 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대해 강한 내성을 갖는 광학 렌즈를 형성하는 예시적인 예를 제공하며, 이것은 광학 염색 절차를 포함한다.

TPU 렌즈 예

Dow Chemical에 의해 제조된 29%의 우레탄 함유량 및 2300㎫의 굴곡 탄성율을 가지는 Isoplast 301 열가소성 폴리우레탄이 다수의 실험에서 2-캐비티 몰드가 장비된 Nissei FN4000 성형기를 사용하여 2㎜ 두께의 6-베이스 피아노 렌즈(piano lens) 내로 사출 성형되었다. FN4000 성형기는 초당 5.2인치(132㎜/sec)의 최대 사출 속도를 가지는 200톤 유압기이다. 주요 성형 공정 파라미터는 다음과 같다:

용융 온도 : 480℉ (249℃)

성형 온도 : 200℉ (93℃)

사출 속도 : 10%

숏 크기(shot size) : 23㎜

홀딩 압력 : 45%

사출 시간 : 10초

냉각 시간 : 70초

인서트 : 76㎜ 6-베이스 강재 인서트

약 2㎜의 중심 두께를 가지는 피아노 렌즈들이 일관적으로 1번에 2개씩 제조되었다. 다음의 표 2에 나타난 바와 같이, 결과적인 렌즈들은 고강도, 고투과율, 및 낮은 흐릿함(haze)을 가진다.

	테스트 방법/장비	코팅	값
굴절률	Metricon-FP-42	없음	1.593(n_d)
아베수	Metricon-FP-42	없음	30.4(ν_d)
투과율	Hazegard	없음	89.7%
흐릿함	ISTM 02008	없음	0.30
HVI	ANSIZ87.1	없음	패스(PASS)
유리 투과율(Tg)	DSC/TA Instrument	없음	116℃
무테 장착 성능	Essilor	Crizal	패스(PASS)

드릴-장착 성능 테스트는 비교를 위해 Isoplast 301 TPU와 통상 종래에서 사용된 GE Lexan 안과용 등급 폴리카보네이트 렌즈에서 실시되었다. 두 형태의 렌즈들은 무반사(antirefiection) (AR), 예를 들어 Crizal® 브랜드 AR에 의해 추종되는 강화 코팅(hard coating)이 코팅되었다. 렌즈들은 테두리가 쳐지고(edged) Charmant 무테 프레임에 천공 장착되었다. 각 형태의 렌즈의 프레임들은 약 12개월 동안 사용자에 의해 착용되어 비교되었다. 렌즈가 'PASS'로서 자격을 받도록 하기 위하여, 장착을 위한 보어 홀들 중 임의의 것 주위에 나안(naked eye)으로 보일 수 있는 어떠한 크랙도 없어야 한다. 렌즈들의 비교 사진들이 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 폴리카보네이트 렌즈 상의 코걸이 보어 홀은 상당한 가시성 크랙을 보였다. 도 3b에서, TPU 렌즈 상의 코걸이 보어 홀은 어떠한 크랙도 보이지 않았다. 상기 결과는 TPU 렌즈의 광학 표면과 측벽이 응력 유도성 크랙 및 잔금에 대해 보다 큰 내성을 가지는 것을 나타낸다.

Isoplast 301 TPU 렌즈는 또한 PBI 블랙 염색 용액을 사용하여 염색되었다. 상기 용액은 실온에서 800㎖의 물 안으로 80㎖의 "BPI 분자 촉매(Molecular Catalytic)"를 용해시키는 것에 의해 준비되었다. 염색 용액은 TPU 렌즈를 침지시키기 전에 91℃로 가열되어 유지되었다. 일정의 설정 기간 후에, 렌즈들은 회수되고 대응하는 투과율이 측정되었다. 도 4는 동일한 두께의 ORMA (CR-39) 렌즈와 비교하여 2㎜ 두께의 피아노 TPU 렌즈에 대한 결과적인 투과율 대 염색 시간의 그래프이다. CR-39 곡선은 상부에서 균일하게 높은 투과율을 나타낸다. TPU 곡선은 바닥에서 균일하게 낮은 투과율을 나타낸다. TPU 렌즈는 BPI 용액 내로의 5초 이내의 침지에서 10% 이하의 광투과율을 달성하였다. 결론적으로, TPU 렌즈는 테스트된 모든 시간 간격에서 보다 용이하게 염색 가능하였다. 상업적으로, 이러한 것은 보다 큰 염색이 보다 짧은 시간 기간에 달성될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명은 첨가제를 TPU 수지에 혼입하여 TPU의 광학 특성을 개선하는 방법을 포함한다. 내산화제, 자외선 흡수제(UVA), 및 입체장애된 아민 광 안정화제(HALS)를 포함하는 첨가제의 적절한 혼합은 TPU 재료의 광학 특성을 개선시킨다. 광분해 및 열산화 분해로 인해 높은 황색화 경향을 갖는 TPU인 Dow Chemical의 Isoplast 301로 실시된 실험은 본 발명의 방법의 예시적인 예를 제공한다.

점진적인 황색화 예의 안정화

실험에서, 1:2:2의 중량비로 Ciba Specialty Chemicals의 Irganox 1098 내산화제, Tinuvin 328 UVA, 및 Tinuvin 144 HALS의 5g의 첨가제 혼합물이 1㎏의 Isoplast 301 수지 내로 혼합되었다. 수지는 그런 다음 2㎜ 두께의 6-베이스 피아노 렌즈 내로 사출 성형되었다. 렌즈의 황도측색은 Lambda 900에 의해 측정되어 5.27이도록 결정되었다. 렌즈들은 연속하여 5일 동안 플로리다의 햇빛에 노출되었다. Lambda 900에 의해 측정된 바와 같이, 황도 측색은 5.27로부터 6.26으로 변하였다.

비교 목적을 위하여, Isoplast 301 수지는 첨가제 혼합물없이 사출 성형되었다. 첨가제 혼합물없이 성형된 렌즈의 황도측색은 5일 동안 태양에 노출된 후에 2.36으로부터 9.90으로 변하였으며, 렌즈의 점진적인 황색화를 안정화하는 첨가제 혼합물의 유효성을 예시한다.

안과용 렌즈의 경우, 광학적 및 기계적 특성들과 가공성을 균형잡는 것이 필요하다. 렌즈에 생성된 보어에 볼트 체결되는 브라켓을 통해 렌즈에 브리지와 안경 다리가 부착되는 무테 안경을 선호하는 경향이 늘고 있다. 브리지와 안경 다리는 렌즈에 응력과 인장을 부과한다. 렌즈 및 임의의 광학적 코팅물은 특히 보어가 렌즈 끝부분 근처에 있기 때문에 도 3a 및 도 3b의 상부 우측에 직선으로 보여지는 바와 같이 크랙 및 잔금에 대해 취약하다.

무테 브리지와 안경 다리가 렌즈를 손상시키는 광범위한 문제가 존재한다. 수지는 전형적으로 테가 있는 안경을 위해 사용되며, 무테 형태를 위한 이상적인 선택이 아닐 수 있다. 발명자들은 TPU들이 렌즈 배율, 반가공 또는 가공 등에 대한 특정 요구에 따라서 무테 안경 적용을 위해 용인 가능한 굴곡 탄성율을 가지는 것을 확인하였다. TPU 수지 내에서, 발명자들은 우레탄 중량을 증가시키는 것과 굴곡 탄성율에서의 양의(positive) 증가 사이의 상관 관계를 찾아냈다. 즉, 굴곡 탄성율은 우레탄 중량을 증가시키는 것에 의해 기하학적으로 증가한다. 양호한 응력 크랙 저항을 제공하는 증가된 수소 결합에 대한 추가의 관계가 있다. 본 발명에 따라서 만들어진 렌즈는 FDA 21 CFR 801.41 충돌 요건, 및 ANSI Z87.1 고속 충돌 (HVT) 표준에 부합한다. 따라서, 우레탄 중량은 가요성 및 응력 저항의 예보자이다.

그러나, 상기 요건에 부합하는 용인 가능한 TPU 수지는 전형적으로 안과용 렌즈와 관련된 색상 밸런스가 빈번하게 결핍된다. 색상 밸런스는 아베수, 굴절률 또는 황도측색에 의해 정성화될 수 있다. 그래서, TPU 수지의 기계적인 특성은 가망이 있는 것처럼 보였지만, 보다 적은 광학 특성들은 왜 사출 성형된 안과용 렌즈를 위해 TPU가 역사적으로 사용되지 못하였는 가를 명확하게 설명한다. 발명자들은 낮은 T_g를 구비한 TPU 수지를 선택하는 것에 의하여, 특정 색채 요인(color factor)이 제어될 수 있다는 것을 알았다. 낮은 T_g는 첨가제들에서 수지를 혼합하는 것을 보다 용이하게 만드는 처리 능력을 개선하였다. 그러나, 테스트 렌즈는 첨가제들이 초기에 황도측색을 증가시키는 것을 나타내었다. 놀랍게, 내후성 시험(weathering test)은 황도측색이 첨가제들이 없는 테스트 렌즈에 비교하여 단지 약간 안정화되고 저하되는 것을 나타내었다. 부가하여, 낮은 T_g는 사출 성형기에서 보다 짧은 잔류 시간을 허용하고, 이에 의해 열산화 저하를 감소시킨다. 끝으로, 선택된 TPU 수지는 우수한 내용제성을 가지는 한편, CR-39보다 용이하게 염색 가능하다. 이러한 것은 CR-39이 폴리카보네이트보다 용이하게 염색할 수 있기 때문에 아주 유익하다.

본 발명에서 사용하는데 적절한 TPU는 다양한 특성 측정치에 대해 다음의 범위 또는 특정값들을 포함할 수 있다:

60 내지 72㎫ 사이, 예를 들어 63 내지 69㎫의 ASTM D 638에 따른 항복에서의 인장강도: 60 내지 72㎫ 사이, 예를 들어 63 내지 69㎫의 ASTM D 638에 따른 파괴에서의 인장강도: 5 내지 8%, 예를 들어 6 내지 7%의 ASTM D 638에 따른 항복에서의 연신율; 130 내지 170%, 예를 들어 140 내지 160%의 ASTM D 638에 따른 파괴에서의 연신율; 1,700 내지 2,300㎫, 예를 들어 1,900 내지 2,100㎫의 ASTM D 638에 따른 인장탄성계수; 87 내지 100㎫, 예를 들어 90 내지 97㎫의 ASTM D 790에 따른 굴곡 강도; 1,850㎫를 초과, 예를 들어 2,000 내지 2,350㎫의 ASTM D 256에 따른 굴곡 탄성율; 75 내지 138J/m (3.2㎜ @ 23 ℃) 및 33 내지 69J/m (3.2㎜ @ -40 ℃)의 ASTM D 256에 따른 아이조드 충격 강도; 75 내지 95J@ 23℃ 및 68 내지 97J@ -29℃의 ASTM D 3763에 따른 인스트루먼트 다트 충격강도(Instrumented dart impact); 117 내지 147 R 스케일 및 45 내지 84 M 스케일의 ASTM D 785에 따른 로크웰 경도; 어닐링되지 않은 75 내지 94℃ HDT/B(0.46㎫) 및 어닐링된 83 내지 114℃ HDT/B(0.46㎫); 어닐링되지 않은 71 내지 81℃ HDT/B (1.8㎫) 및 어닐링된 84 내지 104℃ HDT/B (1.8㎫)의 ASTM D 648에 따른 부하 하에서의 열 변형 온도(heat deflection temperature); 97 내지 127℃의 ASTM D 1525에 따른 Vicat 온도; 100 내지 140℃, 예를 들어 100 내지 130℃ 및 특히 100 내지 120℃의 의 유리 전이 온도; 약 6.1 K^-1×10^-5의 ASTM D 696에 따른 선형 열팽창 계수; 83 내지 95%의 ASTM D 1003에 따른 광투과율; 4 내지 12의 ASTM D 1925에 따른 황도측색.

렌즈 제조, 렌즈 제조에 사용된 재료 및 렌즈를 처리하기 위한 방법에 대한 바람직한 실시예(이는 예시적이며 제한하지 않는 것으로 의도됨)가 기술되었지만, 변경 및 변형이 상기 기술에 비추어서 당업자에 의해 만들어질 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 그러므로, 변형들이 첨부된 특허청구범위에 의해 개요된 바와 같이 본 발명의 범위 및 사상 내에 개시된 발명의 특정 실시예에서 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명이 상세하게, 특히 특허법에 의해 요구되는 바와 같이 기술되었지만, 청구되고 특허 문서에 의해 보호받기를 원하는 것은 첨부된 특허청구범위에 설정된다.

Claims

23중량% 이상의 우레탄 반복단위(-NHCOO-)를 갖는 TPU를 제공하는 단계,

상기 TPU를 내산화제, 자외선 흡수제(UVA), 입체장애된 아민 광 안정화제를 포함하는 첨가제 조합물과 혼합하는 단계, 및

상기 TPU로부터 렌즈 형상화에 의해 광학 렌즈를 형성하는 단계

를 포함하는,

열가소성 폴리우레탄(TPU)으로부터 광학 렌즈를 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 약 1,400㎫를 초과하는 굴곡 탄성율을 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 약 100℃ 내지 약 140℃의 유리 전이 온도(T_g)를 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 1.54를 초과하는 굴절률(n_d)을 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 27을 초과하는 아베수(Abbe number)를 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 약 27 내지 약 45의 아베수를 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 약 1.54 내지 약 1.60의 굴절률(n_d)을 갖는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 TPU가 내용제성이며, 상기 광학 렌즈가 염색가능한 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 형상화 작업이 사출 성형 및 압축 성형 중 하나인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 제공 단계가 광학적 색상 안정화제를 상기 TPU와 혼합하는 것을 포함하고, 상기 형성 단계가 안과용 렌즈를 사출 성형하는 것을 포함하는 것인 광학 렌즈 형성 방법.
제1항의 방법에 의해 제조된 안과용 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 렌즈를 적어도 하나의 보호층으로 코팅하는 단계, 및

측벽에 인접한 보어(bore)가 형성되도록 상기 코팅물과 상기 광학 렌즈를 천공하는 단계

를 추가로 포함하는 광학 렌즈 형성 방법.
제12항에 있어서, 상기 코팅 단계 이전에 상기 렌즈를 염색하는 단계를 추가로 포함하는 광학 렌즈 형성 방법.
제12항 또는 제13항의 방법에 의해 제조된, 무테 안경을 위한 안과용 렌즈.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제