KR101961941B1 - 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈 - Google Patents

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KR101961941B1 KR1020170126111A KR20170126111A KR101961941B1 KR 101961941 B1 KR101961941 B1 KR 101961941B1 KR 1020170126111 A KR1020170126111 A KR 1020170126111A KR 20170126111 A KR20170126111 A KR 20170126111A KR 101961941 B1 KR101961941 B1 KR 101961941B1
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심종민
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Abstract

실시예는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈에 관한 것으로, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈 중합 시 굴절률 조절에 핵심이 되는 요소, 즉, 폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물의 화학적 구조 및 상기 화합물 내의 벤젠 고리의 함량과 황의 함량을 정량적으로 제어함으로써 목적하는 굴절률을 갖는 렌즈의 설계 및 제조가 가능하다.

Description

폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈{POLYTHIOURETHANE PLASTIC LENS}
실시예는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈에 관한 것이다.
플라스틱 광학 재료는 유리와 같은 무기 재료로 이루어지는 광학 재료에 비해 경량이면서 쉽게 깨지지 않고 염색성이 우수하기 때문에, 다양한 수지의 플라스틱 재료들이 안경 렌즈, 카메라 렌즈 등의 광학 재료로 널리 이용되고 있다.
특히, 폴리티오우레탄계 소재는 플라스틱 소재의 장점을 가지면서도 다른 플라스틱계 소재들에 비해 굴절률이 높아 보다 얇은 광학 두께로 설계가 가능하여, 광학 렌즈의 원료로서 많이 사용된다. 폴리티오우레탄계 소재의 화합물은 폴리티올 화합물, 이소시아네이트 화합물 등의 모노머들을 반응시켜 제조할 수 있는데, 상기 모노머들의 물성은 제조되는 폴리티오우레탄계 화합물, 나아가 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 물성에 큰 영향을 미친다.
예컨대, 렌즈의 굴절률은 모노머의 구조, 및/또는 황의 함량 등에 의해 영향을 받는다. 종래 기술들 대부분은 굴절률을 높이기 위한 기술들을 개시하고 있으며, 일례로, 대한민국 등록특허 제10-1594407호 및 대한민국 등록특허 제10-0180926호는 다수의 황을 포함하는 폴리티올 화합물을 개시하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-1074450호는 페닐기를 포함하는 방향족 폴리티올 화합물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허는 모두 굴절률 향상을 목적으로 하고 있을 뿐, 다양한 범위의 굴절률을 갖는 플라스틱 렌즈를 제조하기 위해 어떠한 모노머들을 얼마나 사용해야 하는지 알 수 없어 목적하는 굴절률을 가지는 렌즈의 설계가 어려운 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1594407호 대한민국 등록특허 제10-0180926호 대한민국 등록특허 제10-1074450호
따라서, 실시예는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈 중합 시 굴절률 조절에 핵심이 되는 요소, 즉, 폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물의 화학적 구조 및 상기 화합물 내의 벤젠 고리의 함량과 황의 함량을 정량적으로 제어함으로써 목적하는 굴절률을 갖는 렌즈를 제공하고자 한다.
실시예는 2관능 이상의 폴리티올 화합물 및 2관능 이상의 폴리이소시아네이트 화합물을 포함하는 중합성 조성물로부터 얻어진 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈에 있어서, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 하기 수학식 1을 만족하는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법을 제공한다:
[수학식 1]
굴절률(ne) = (a ⅹ 황함량) + b
상기 식에서,
상기 중합성 조성물의 총 중량을 기준으로 중합성 조성물 내의 벤젠 고리의 함량이 (1) 0 내지 5 중량% 미만일 때, 0.35 < a < 0.40 및 1.45 < b < 1.52이고, (2) 5 내지 15 중량% 미만일 때, 0.40 < a < 0.44 및 1.50 < b < 1.53이며, (3) 15 내지 40 중량% 미만일 때, 0.44 < a < 0.50 및 1.51 < b < 1.60이고, 황 함량은 (폴리티올 화합물의 황 원자 개수 ⅹ 32) / (폴리티올 화합물의 분자량 + 폴리이소시아네이트 화합물의 분자량) ⅹ 100 (%)이다.
실시예는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈 중합 시 굴절률 조절에 핵심이 되는 요소, 즉, 폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물의 화학적 구조 및 상기 화합물 내의 벤젠 고리의 함량과 황의 함량을 정량적으로 제어함으로써 목적하는 굴절률을 갖는 렌즈의 설계 및 제조가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 황 함량별 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
실시예는 2관능 이상의 폴리티올 화합물 및 2관능 이상의 폴리이소시아네이트 화합물을 포함하는 중합성 조성물로부터 얻어진 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈에 있어서, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 하기 수학식 1을 만족하는 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법을 제공한다:
[수학식 1]
굴절률(ne) = (a ⅹ 황함량) + b
상기 식에서,
상기 중합성 조성물의 총 중량을 기준으로 중합성 조성물 내의 벤젠 고리의 함량이 (1) 0 내지 5 중량% 미만일 때, 0.35 < a < 0.40 및 1.45 < b < 1.52이고, (2) 5 내지 15 중량% 미만일 때, 0.40 < a < 0.44 및 1.50 < b < 1.53이며, (3) 15 내지 40 중량% 미만일 때, 0.44 < a < 0.50 및 1.51 < b < 1.60이고, 황 함량은 (폴리티올 화합물의 황 원자 개수 ⅹ 32) / (폴리티올 화합물의 분자량 + 폴리이소시아네이트 화합물의 분자량) ⅹ 100 (%)이다.
이때, 벤젠 고리의 함량은 고리(C6H6) 한 개당 분자량(약 78)을 기준으로 한다.
상기 플라스틱 렌즈의 굴절률은 1.5500 내지 1.5899일 수 있다. 이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 10 내지 31%이고, (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 5 내지 23%이며, (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 2 내지 15%일 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률은 1.5900 내지 1.6499일 수 있다. 이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 20 내지 43%이고, (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 15 내지 35%이며, (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 10 내지 26%일 수 있다.
나아가, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률은 1.6500 내지 1.6899일 수 있다. 이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 38 내지 63%이고, (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 32 내지 51%이며, (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 24 내지 44%일 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률은 1.6900 내지 1.700일 수 있다. 이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 45 내지 71%이고, (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 38 내지 61%이며, (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 30 내지 57%일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 플라스틱 렌즈의 굴절률은 조절 범위에 따라 필요한 벤젠고리와 황함량이 달라질 수 있다(하기 표 1 참조).
벤젠 고리 함량
(중량%)		 굴절률별 황 함량(%)
1.5500~1.5899 1.5900~1.6499 1.6500~1.6899 1.6900~1.7000
0-5 10-31 20-43 38-63 45-71
5-15 5-23 15-35 32-51 38-61
15-40 2-15 10-26 24-44 30-57
일반적으로, 플라스틱 렌즈와 관련한 당업계에서 굴절률을 조절(제어)하는 방법에는 여러가지가 있으나, 폴리티오우레탄계 소재의 화합물을 사용하는 경우에는 모노머, 및/또는 폴리머의 화학 구조 설계(조절)가 유일하다고 할 수 있다. 구체적으로, 굴절률은 화학 구조 내 전자밀도에 비례하고 이는 폴리티오우레탄계 소재의 황 함량으로부터 조절이 가능하므로, 황 함량을 조절함으로써 정량적인 설계가 가능하다. 또한, 폴리티오우레탄계 소재 중합 시 지환족 모노머만을 사용하는 것보다 상대적으로 전자밀도가 높은 방향족 모노머를 함께 사용함으로써 굴절률 향상 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 두 가지 굴절률 제어에 핵심이 되는 요소, 즉, 벤젠 고리(방향족 화합물) 및 황 함량이 상기 수학식 1을 만족함으로써 정량적 제어가 가능하므로 목적하는 굴절률로 설계가 가능하다.
상기 폴리티올 화합물은 다수의 황(S)을 포함할 수 있고, 구체적으로 2관능 이상의 폴리티올일 수 있다. 상기 폴리티올 화합물은 150 내지 600g/mol, 200 내지 600g/mol, 또는 150 내지 500g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 가교점 사이의 분자량, 즉 가교밀도를 필요한 범위 내에서 조절할 수 있고, 렌즈 캐스팅 시 적정 수준의 점도를 갖게되어 작업성이 용이해지므로 렌즈 제조시 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 폴리티올은 공지의 방법에 의해 제조하여 사용할 수 있고, 시판되는 것을 구매하여 사용할 수 있다.
상기 폴리티올 화합물의 예를 들면, 1,9-디메르캅토-3,7-디티아노난(1,9-dimercapto-3,7-dithianonane), 1,13-디메르캅토-3,7,11-트리티아트리데칸(1,13-dimercapto-3,7,11-trithiatridecane), 글리콜 디(3-메르캅토프로피오네이트)(glycol di(3-mercaptopropionate)), 1,4-디티안-2,5-디일메탄티올(1,4-Dithiane-2,5-diyldimethanethiol), 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄(4-mercaptomethyl-1,8-dimercapto-3,6-dithiaoctane), 2-메르캅토메틸-1,5-디메르캅토-3-티아펜탄(2-mercaptomethyl-1,5-dimercapto-3-thiapentane), 트리메틸올프로판 트리(3-메르캅토프로피오네이트)(trimethylolpropane tri(3-mercaptopropionate)), 4,8-디(메르캅토메틸)-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸(4,8-di(mercaptomethyl)-1,11-dimercapto-3,6,9-trithiaundecane), 5,9-디(메르캅토에틸)-1,12-디메르캅토-3,7,10-트리티아도데칸(5,9-di(mercaptoethyl)-1,12-dimercapto-3,7,10-trithiadodecane), 펜타에리트리톨 테트라(3-메르캅토프로피오네이트)(pentaerythritol tetra(3-mercaptopropionate)), 펜타에리트리톨 테트라(메르캅토아세테이트)(pentaerythritol tetra(mercaptoacetate))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리티올 화합물은 1,4-디티안-2,5-디일메탄티올, 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄, 2-메르캅토메틸-1,5-디메르캅토-3-티아펜탄, 4,8-디(메르캅토메틸)-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 펜타에리트리톨 테트라(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(메르캅토아세테이트) 및 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트 화합물은 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 1,6-디이소시아나토헥산(1,6-diisocyanatohexane), 1,3-비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산(1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane), 비스(4-이소시아나토사이클로헥실)메탄(bis(4-isocyanatocyclohexyl)methane), m-자일렌 디이소시아네이트(1,3-bis(isocyanatomethyl)benzene), 1,3,5-트리스(6-이소시아나토헥실)-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리온(1,3,5-tris(6-isocyanatohexyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트 화합물은 150 내지 510g/mol, 또는 160 내지 500 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때, 가교밀도 및 점도를 적정 수준으로 조절가능하여 렌즈 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 중합성 조성물은 목적에 따라 내부 이형제, 열안정제, 반응촉매, 자외선 흡수제, 블루잉제(blueing agent) 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 자외선 흡수제로는 벤조페논계, 벤조트라이아졸계, 살리실레이트계, 시아노아크릴레이트계, 옥사닐라이드계 등이 사용될 수 있다.
상기 내부 이형제로는 퍼플루오르알킬기, 히드록시알킬기 또는 인산에스테르기를 지닌 불소계 비이온 계면활성제; 디메틸폴리실록산기, 히드록시알킬기 또는 인산에스테르기를 가진 실리콘계 비이온 계면활성제; 트리메틸세틸 암모늄염, 트리메틸스테아릴, 디메틸에틸세틸 암모늄염, 트리에틸도데실 암모늄염, 트리옥틸메틸 암모늄염, 디에틸시클로헥사도데실 암모늄염 등과 같은 알킬계 4급 암모늄염; 및 산성 인산에스테르 중에서 선택된 성분이 단독으로 혹은 2종 이상 함께 사용될 수 있다.
상기 반응촉매로는 폴리티오우레탄계 수지의 제조에 사용되는 공지의 반응촉매를 적절히 첨가할 수 있다. 예를 들면, 디부틸주석디클로라이드, 디메틸주석디클로라이드 등의 디알킬주석할로겐화물계; 디메틸주석디아세테이트, 디부틸주석디옥타노에이트, 디부틸주석디라우레이트 등의 디알킬주석디카르복실레이트계; 디부틸주석디부톡사이드, 디옥틸주석디부톡사이드 등의 디알킬주석디알콕사이드계; 디부틸주석디(티오부톡사이드) 등의 디알킬주석디티오알콕사이드계; 디(2-에틸헥실)주석옥사이드, 디옥틸주석옥사이드, 비스(부톡시디부틸주석)옥사이드 등의 디알킬주석산화물계; 디부틸주석술피드 등의 디알킬주석황화물계로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로는, 디부틸주석디클로라이드, 디메틸주석디클로라이드 등의 디알킬주석할로겐화물계로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 열안정제로는 금속 지방산염계, 인계, 납계, 유기주석계 등이 1종 또는 2종 이상 사용될 수 있다.
상기 블루잉제는 가시광 영역 중 오렌지색으로부터 황색의 파장역에 흡수대를 가지며,　수지로 이루어지는 광학 재료의 색상을 조정하는 기능을 가진다.　상기 블루잉제는,　구체적으로,　청색으로부터 보라색을 나타내는 물질을 포함할 수 있으나,　특별히 한정되는 것은 아니다.　또한,　상기 블루잉제의 예로는 염료,　형광증백제,　형광 안료,　무기 안료 등을 들 수 있으나,　제조되는 광학 부품에 요구되는 물성이나 수지 색상 등에 맞추어 적절히 선택될 수 있다.　상기 블루잉제는 각각 단독　또는　2　종 이상의 조합을 사용할 수 있다.　중합성 조성물에 대한 용해성 및 얻어지는 광학 재료의 투명성의 측면에서, 상기 블루잉제로서 염료가 바람직하다. 흡수 파장의 관점에서,　상기 염료는 구체적으로,　극대 흡수 파장　520　내지　600nm의 염료일 수 있으며,　보다 구체적으로,　극대 흡수 파장　540　내지　580nm의 염료일 수 있다.　또한,　화합물의 구조의 관점에서,　상기 염료로는 안트라퀴논계 염료가 바람직하다.　블루잉제의 첨가 방법은 특별히 한정되지 않으며,　미리 모노머계에 첨가할 수 있다.　구체적으로,　상기 블루잉제의 첨가 방법은 모노머에 용해시켜 두는 방법,　또는 고농도의 블루잉제를 함유하는 마스터 용액을 조제해 두고,　상기 마스터 용액을 사용하는 모노머나 다른 첨가제로 희석하여 첨가하는 방법 등　여러 가지의 방법을 사용할 수 있다.
실시예는 상술한 바와 같은 중합성 조성물을 금형에서 가열 경화시켜 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 중합성 조성물을 감압하에 탈기(degassing)한 후, 렌즈 성형용 몰드에 주입한다. 이와 같은 탈기 및 몰드 주입은 예를 들어 20 내지 40℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 몰드에 주입한 후에는 통상 저온으로부터 고온으로 서서히 가열하여 중합을 수행한다.
상기 중합 반응의 온도는 예를 들어 20 내지 150℃일 수 있고, 구체적으로 25 내지 120℃일 수 있다.
이후 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈를 몰드로부터 분리한다.
상기 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈는 제조시 사용하는 주형의 몰드를 바꾸는 것에 의해 여러가지 형상으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 안경렌즈, 카메라 렌즈 등의 형태일 수 있다.
상기 중합 반응에서 상기 폴리티올 화합물 및 이소시아네이트 화합물의 반응 몰비는 0.5 내지 1.2 :1, 또는 0.5 내지 1.1 :1일 수 있다.
상기 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈는 필요에 따라 반사 방지, 고경도 부여, 내마모성 향상, 내약품성 향상, 방운성(anti-fogging) 부여 또는 패션성 부여를 위해 표면연마, 대전 방지 처리, 하드 코트 처리, 무반사 코트 처리, 염색 처리, 조광(調光)처리 등의 물리적, 화학적 처리를 실시하여 개량할 수 있다.
상기 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈는 1.5500 내지 1.7000 사이의 굴절률 제어가 가능하디. 즉, 플라스틱 렌즈가 다양한 범위의 굴절률, 예컨대, 1.5500 내지 1.5899, 1.5900 내지 1.6499, 1.6500 내지 1.6899, 또는 1.6900 내지 1.700의 굴절률을 가질 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이 조성물 내에 벤젠고리의 함량에 따라 포함될 수 있는 황 함량이 달라질 수 있으며, 각각의 굴절률 범위에 따른 벤젠고리 및 황 함량은 상기 표 1에 기술된 바와 같다.
나아가, 상기 플라스틱 렌즈는 75 내지 120℃, 78 내지 120℃ 또는 80 내지 120℃의 열변형온도를 가질 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 렌즈는 40 내지 120kgf, 50 내지 120kgf, 또는 40 내지 110kgf의 인장강도와 3 내지 20%, 5 내지 20%, 또는 3 내지 15%의 신율을 가질 수 있다. 상기 인장강도는 앞서 설명한 바와 같이, 중합성 조성물의 관능기 수에 비례하여 증가할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 가교점 사이의 평균 분자량에 의해 향상 또는 저하될 수 있다.
나아가, 상기 플라스틱 렌즈는 30 내지 46, 30 내지 45, 30 내지 44, 또는 31 내지 44의 아베수를 가질 수 있다. 나아가, 상기 플라스틱 렌즈는 127cm의 높이에서 16g의 쇠공(steel ball)을 떨어뜨렸을 때에도 깨짐, 균열 등의 파손이 일어나지 않아 우수한 내충격성을 가질 수 있다(실험예 (1) 내지 (5) 참조).
상술한 바와 같이, 실시예에 따른 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈는 중합 시 벤젠 고리 및 황의 함량을 적정하게 조절함으로써 굴절률 조절에 핵심이 되는 요소, 즉, 폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물의 화학적 구조 및 상기 화합물 내의 벤젠 고리의 함량과 황의 함량을 정량적으로 제어함으로써 목적하는 굴절률을 갖는 렌즈의 설계 및 제조가 가능하다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
하기 실시예에서 사용한 폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물은 하기 표 2 및 3의 화합물을 사용하였다.
폴리티올 화합물(Th) 분자량
(MW)		 관능기수
(F)		 당량
(EQ)		 황함량
(%)
1
Figure 112017095222383-pat00001

1,9-디메르캅토-3,7-디티아노난		 228.5 2 114.3 56.0
2
Figure 112017095222383-pat00002

1,13-디메르캅토-3,7,11-트리티아트리데칸		 302.6 2 151.3 52.9
3
Figure 112017095222383-pat00003

글리콜 디(3-메르캅토프로피오네이트)		 238.3 2 119.2 26.9
4
Figure 112017095222383-pat00004

1,4-디티안-2,5-디일메탄티올		 212 2 106.0 60.4
5
Figure 112017095222383-pat00005

2-메르캅토메틸-1,5-디메르캅토-3-티아펜탄		 200.4 3 66.8 63.9
6
Figure 112017095222383-pat00006

트리메틸올프로판 트리(3-메르캅토프로피오네이트		 398.6 3 132.9 24.1
7
Figure 112017095222383-pat00007

5,9-디(메르캅토에틸)-1,12-디메르캅토
-3,7,10-트리티아도데칸		 486 4 121.5 59.3
8
Figure 112017095222383-pat00008

펜타에리트리톨 테트라
(3-메르캅토프로피오네이트)		 488.7 4 122.2 26.2
9
Figure 112017095222383-pat00009

펜타에리트리톨 테트라(메르캅토아세테이트)		 432.6 4 108.2 29.6
10
Figure 112017095222383-pat00010

4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄		 260 3 86.7 61.5
11
Figure 112017095222383-pat00011

4,8-디(메르캅토메틸)-1,11-디메르캅토
-3,6,9-트리티아운데칸		 366 4 91.5 61.2
폴리이소시아네이트 화합물(Iso) 분자량
(MW)		 관능기수
(F)		 당량
(EQ)
1
Figure 112017095222383-pat00012

이소포론 디이소시아네이트		 222.2 2 111.1
2
Figure 112017095222383-pat00013

1,6-디이소시아나토헥산		 168.2 2 84.1
3
Figure 112017095222383-pat00014

1,3-비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산		 194.2 2 97.1
4
Figure 112017095222383-pat00015

비스(4-이소시아나토사이클로헥실)메탄		 262.4 2 131.2
5
Figure 112017095222383-pat00016

m-자일렌 디이소시아네이트		 188.2 2 94.1
6
Figure 112017095222383-pat00017

1,3,5-트리스(6-이소시아나토헥실)-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리온		 504.6 3 252.3
중합성 조성물의 제조
폴리티올 화합물 및 폴리이소시아네이트 화합물을 하기 표 4 내지 7에 기재된 바와 같은 조성 및 몰비로 균일하게 혼합하였다. 이때, 폴리이소시아네이트 100 중량부를 기준으로 몰비에 따라 폴리티올 화합물을 혼합하였다. 여기에 중합촉매로 디부틸틴 디클로라이드 0.01 중량부, 내부이형제로 Zelec® UN 0.1 및 자외선안정제 Seesorb® 709 중량부를 첨가하고 균일하게 혼합하여 중합성 조성물을 제조하였다. 각각의 샘플(중합성 조성물)에 대하여 황 함량, 및 벤젠고리 함량을 계산하고, 그 결과를 하기 표 4 내지 7에 나타내었다.
실험예 : 물성 확인
상기 제조된 중합성 조성물들을 대상으로 하기 기재된 바에 따라 물성을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 4 내지 7에 나타냈다.
(1) 굴절률(ne) 및 아베수(ve)
600Pa에서 1시간 동안 탈기(degassing)한 후 3㎛의 테프론 필터에 여과하였다. 여과된 중합성 조성물을 테이프에 의해 조립된 유리 몰드 주형에 주입하였다. 상기 몰드 주형을 25℃에서 120℃까지 5℃/분의 속도로 승온시키고, 120℃에서 18시간 중합시켰다. 그 다음, 유리 몰드 주형에서 경화된 수지를 130℃에서 4시간 동안 추가 경화한 후 유리 몰드 주형으로부터 성형체(플라스틱 렌즈)를 이형시켰다. 상기 얻어진 광학 재료에 대해 아베 굴절계 DR-M4를 이용하여 20℃에서 굴절률 및 아베수를 얻었다.
(2) 열변형온도(Tg, ℃)
상기 항목 (1)의 플라스틱 렌즈에 대해, TMA Q400(TA 사)를 이용하여 페네트레이션법(50g 하중, 핀 선 0.5mmф, 승온속도 10℃/min)에서의 유리전이온도(Tg, 열변형온도)를 측정하였다.
(3) 인장강도 및 신율
지름 80mm, 두께 2mm 평면형 표준 렌즈 시편을 제조하고, 가장자리에 2개의 구멍을 뚫은 후 만능시험기(Universal Testing Mashine)을 이용하여 측정하였다. 파단시의 강도 및 늘어난 길이를 인장강도 및 신율로 각각 계산하였다.
(4) 내충격성
상기 항목 (1)과 동일하게 제조된 플라스틱 렌즈를 고정시킨 후, 127cm의 높이에서 16g의 쇠공(steel ball)을 낙하시켜 렌즈의 깨짐, 균열 등의 파손 여부를 관찰하였다. 렌즈의 면이 갈라지거나 또는 렌즈가 깨지는 경우는 F(Fail), 깨지지 않고 표면상태가 양호하면 P(Pass)로 평가하였다.
Figure 112017095222383-pat00018
Figure 112017095222383-pat00019
Figure 112017095222383-pat00020
Figure 112017095222383-pat00021
상기 표 4 내지 7에서 보는 바와 같이, 실시예에 따른 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈는 앞서 상술한 것처럼 특정 굴절률을 구현하기 위해서는 벤젠고리와 황의 함량이 동시에 고려되어야 함을 알 수 있다. 나아가, 상기 렌즈는 다양한 굴절률을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 내열성, 내충격성, 기계적 강도 등의 측면에서도 보다 우수한 수준을 나타내고 있음을 알 수 있다.

Claims (13)

  1. 2관능 이상의 폴리티올 화합물; 및
    2관능 이상의 폴리이소시아네이트 화합물을 포함하는 중합성 조성물로부터 얻어진 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈에 있어서,
    상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 하기 수학식 1을 만족하는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법:
    [수학식 1]
    굴절률(ne) = (a ⅹ 황함량) + b
    상기 식에서,
    상기 중합성 조성물의 총 중량을 기준으로 중합성 조성물 내의 벤젠 고리의 함량이
    (1) 0 내지 5 중량% 미만일 때, 0.35 < a < 0.40 및 1.45 < b < 1.52이고,
    (2) 5 내지 15 중량% 미만일 때, 0.40 < a < 0.44 및 1.50 < b < 1.53이며,
    (3) 15 내지 40 중량% 미만일 때, 0.44 < a < 0.50 및 1.51 < b < 1.60이고,
    황 함량은 (폴리티올 화합물의 황 원자 개수 ⅹ 32) / (폴리티올 화합물의 분자량 + 폴리이소시아네이트 화합물의 분자량) ⅹ 100 (%)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 1.5500 내지 1.5899이고,
    이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 10 내지 31%이고,
    (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 5 내지 23%이며,
    (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 2 내지 15%인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 1.5900 내지 1.6499이고,
    이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 20 내지 43%이고,
    (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 15 내지 35%이며,
    (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 10 내지 26%인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 1.6500 내지 1.6899이고,
    이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 38 내지 63%이고,
    (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 32 내지 51%이며,
    (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 24 내지 44%인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 렌즈의 굴절률이 1.6900 내지 1.7000이고,
    이때, (1) 상기 벤젠 고리의 함량이 0 내지 5 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 45 내지 71%이고,
    (2) 상기 벤젠 고리의 함량이 5 내지 15 중량% 미만인 경우, 상기 황 함량이 38 내지 61%이며,
    (3) 상기 벤젠 고리의 함량이 15 내지 40 중량%인 경우, 상기 황 함량이 30 내지 57%인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리티올 화합물이 1,9-디메르캅토-3,7-디티아노난, 1,13-디메르캅토-3,7,11-트리티아트리데칸, 글리콜 디(3-메르캅토프로피오네이트), 1,4-디티안-2,5-디일메탄티올, 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄, 2-메르캅토메틸-1,5-디메르캅토-3-티아펜탄, 트리메틸올프로판 트리(3-메르캅토프로피오네이트), 4,8-디(메르캅토메틸)-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 5,9-디(메르캅토에틸)-1,12-디메르캅토-3,7,10-트리티아도데칸, 펜타에리트리톨 테트라(3-메르캅토프로피오네이트), 및 펜타에리트리톨 테트라(메르캅토아세테이트)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리티올 화합물이 150 내지 600g/mol의 중량평균분자량을 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트 화합물이 이소포론 디이소시아네이트, 1,6-디이소시아나토헥산, 1,3-비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산, 비스(4-이소시아나토사이클로헥실)메탄, m-자일렌 디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토헥실)-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리이소시아네이트 화합물이 150 내지 510g/mol의 중량평균분자량을 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈가 1.5500 내지 1.7000의 굴절률을 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈가 75 내지 120℃의 열변형온도를 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈가 40 내지 120kgf의 인장강도를 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈가 30 내지 46의 아베수를 갖는, 폴리티오우레탄계 플라스틱 렌즈의 굴절률 조절방법.
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