KR102148975B1 - 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법 - Google Patents

메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

메타크실릴렌디아민으로부터 메타크실릴렌디아민 염산염을 거쳐 메타크실릴렌디이소시아네이트를 제조하는 과정에서, 염화수소 가스 대신 염산 수용액과 유기 용매를 이용하고 포스겐 가스 대신 고상의 트리포스겐을 이용하며, 반응용액의 색상 및 투명도를 관찰하여 반응 종료 시점 등의 반응 조건을 조정함으로써, 환경 문제가 적으면서도 공정성, 수율 및 품질이 우수한 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법이 제공된다.

Description

메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법{METHOD OF PREPARING META-XYLYLENE DIISOCYANATE AND OPTICAL LENS}
구현예는 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구현예는 메타크실릴렌디아민 염산염을 이용하여 메타크실릴렌디이소시아네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 구현예는 이와 같이 제조된 메타크실릴렌디이소시아네이트를 이용하여 광학 렌즈를 제조하는 방법에 관한 것이다.
플라스틱 광학 렌즈의 원료로 사용되는 이소시아네이트는 포스겐법, 비포스겐법, 열분해법 등에 의해 제조된다.
포스겐법은 원료 아민을 포스겐(COCl2) 가스와 반응시켜 이소시아네이트를 합성하는 것이고, 또한 비포스겐법은 크실릴렌 클로라이드를 촉매 존재 하에서 소듐 시아네이트와 반응시켜 이소시아네이트로 합성하는 것이며, 열분해법은 아민을 알킬 클로로포르메이트와 반응시켜 카바메이트를 제조한 후 촉매 존재하의 고온에서 열분해하여 이소시아네이트를 합성하는 것이다.
이들 이소시아네이트 제법 중에서 포스겐법이 가장 널리 사용되고 있으며, 특히 아민에 포스겐 가스를 직접 반응시키는 직접법이 일반적으로 이용되어 왔으나, 이는 포스겐 가스의 직접 반응을 위한 다수의 장치를 필요로 하는 문제가 있었다. 한편 상기 직접법을 보완하기 위해, 한국 등록특허공보 제1994-1948호와 같이 아민에 염화수소 가스를 반응시켜 중간물질인 아민 염산염을 얻고 이를 포스겐과 반응시키는 염산염법이 개발되었다.
한국 등록특허공보 제1994-1948호
종래의 이소시아네이트의 합성을 위한 포스겐법 중에서 아민을 염화수소 가스와 반응시켜 중간물질로 염산염을 얻는 방법은, 상압에서 염산염이 미세한 입자로 생성되어 반응기 내부의 교반 상태가 원활하지 않기 때문에, 반응기 내부의 압력을 높이기 위해 온도를 상승시키는 공정이 추가로 필요하며, 최종 제품의 수율도 낮은 문제가 있었다.
이에 염화수소 가스가 아닌 염산 수용액을 이용하여 염산염을 얻으려는 시도가 있으나, 염산 수용액 내에 아민이 용해되어 수율이 50%까지 크게 떨어져서 실제 적용되기 어려웠고, 최종 제품의 순도를 높이기 위해 원료로서 수분 및 불순물 함량이 낮은 아민을 이용해야 하는 까다로움이 있었다.
특히 종래의 포스겐법에서 사용되는 포스겐 가스는 맹독성으로 환경 규제 대상의 물질이고, 이를 보관하기 위해 별도의 냉각 장치를 필요하여 보관 및 관리가 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 플라스틱 광학 렌즈의 원료로 주로 사용되는 디이소시아네이트를 디아민으로부터 염산염을 거쳐 제조하는 과정에서, 염화수소 가스 대신 염산 수용액과 유기 용매를 이용하고 포스겐 가스 대신 고상의 트리포스겐을 이용하면서 반응 조건들을 조절하여, 종래의 환경, 수율 및 품질 문제들을 해결할 수 있음을 발견하였다.
또한 본 발명자들은 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응용액의 색상 및 투명도를 관찰하여 반응 종료 시점 등의 반응 조건을 조절함으로써, 공정의 효율성 뿐만 아니라 최종 제품의 품질을 높일 수 있음을 발견하였다.
따라서 구현예의 목적은 환경 문제가 적으면서도 수율 및 품질이 우수한 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 광학 렌즈의 제조방법을 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계; 반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계; 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계; 및 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계를 포함하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법이 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계; 반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계; 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계; 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계; 및 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트를 티올 또는 에피설피드와 혼합하고 몰드에서 중합 및 경화시키는 단계를 포함하는, 광학 렌즈의 제조방법이 제공된다.
상기 구현예에 따른 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법은, 보관 및 관리가 까다롭고 맹독성인 포스겐 가스를 사용하지 않고, 상온에서 고체 상태로서 별도의 냉각 보관 장치를 필요로 하지 않으면서 독성이 적은 트리포스겐을 사용하므로 취급성 및 공정성이 우수하다.
또한 상기 구현예에 따른 방법은, 중간물질인 메타크실릴렌디아민 염산염의 제조에 염화수소 가스를 사용하지 않고 염산 수용액을 이용함으로써, 상압에서도 반응이 진행 가능하여 고온 가열 및 냉각을 위한 추가 장치가 필요 없고 수율도 향상시킬 수 있다.
또한 상기 구현예에 따른 방법은, 염산 수용액과 함께 유기 용매를 이용하고 반응 조건을 조절하여 염산염을 제조함으로써, 염산 수용액 내에 염산염이 용해되는 것을 최소화하여 최종 수율을 더욱 높일 수 있고, 원료 디아민 내의 수분 및 불순물 함량에 크게 구애받지 않아서 원료 선택의 폭이 넓어질 수 있다.
또한 상기 구현예에 따른 방법은, 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응용액의 색상 및 투명도를 관찰하여 반응 종료 시점 등의 반응 조건을 조절함으로써, 공정의 효율성 뿐만 아니라 최종 제품의 품질도 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기 구현예에 따른 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법은 고품질의 플라스틱 광학 렌즈의 제조에 적용될 수 있다.
도 1은 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐이 반응을 통해 메타크실릴렌디이소시아네이트 제조되는 메커니즘의 일례를 나타낸 것이다.
도 2는 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응을 위한 공정 장치의 예시를 나타낸 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 물성 값, 함량, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서, "아민(amine)"은 말단에 아민기를 하나 이상 갖는 화합물을 의미하고, "디아민(diamine)"은 말단에 아민기를 2개 갖는 화합물을 의미하며, 지방족 사슬, 지방족 고리, 방향족 고리의 골격에 따라 매우 다양한 구조를 가질 수 있다. 상기 디아민의 구체적인 예로는, 오르쏘크실릴렌디아민, 메타크실릴렌디아민, 파라크실릴렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 2,2-디메틸펜탄디아민, 2,2,4-트리메틸헥산디아민, 부텐디아민, 1,3-부타디엔-1,4-디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 비스(아미노에틸)카보네이트, 비스(아미노에틸)에테르, 리신디아미노메틸에스테르, 비스(아미노에틸)벤젠, 비스(아미노프로필)벤젠, α,α,α',α'-테트라메틸크시릴렌디아민, 비스(아미노부틸)벤젠, 비스(아미노메틸)나프탈렌, 비스(아미노메틸)디페닐에테르, 비스(아미노에틸)프탈레이트, 2,6-디(아미노메틸)퓨란, 비스(아미노메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디아민, 시클로헥산디아민, 메틸시클로헥산디아민, 디시클로헥실디메틸메탄디아민, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄디아민, 2,5-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 2,6-비스(아미노메틸)비시클로-[2,2,1]-헵탄, 3,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 3,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,8-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 4,9-비스(아미노메틸)트리시클로데칸, 비스(아미노메틸)노보넨, 비스(아미노메틸)설피드, 비스(아미노에틸)설피드, 비스(아미노프로필)설피드, 비스(아미노헥실)설피드, 비스(아미노메틸)설폰, 비스(아미노메틸)디설피드, 비스(아미노에틸)디설피드, 비스(아미노프로필)디설피드, 비스(아미노메틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)메탄, 비스(아미노에틸티오)에탄, 비스(아미노메틸티오)에탄 등을 들 수 있다.
본 명세서에서, "이소시아네이트(isocyanate)"는 NCO기를 갖는 화합물을 의미하고, "디이소시아네이트(diisocyanate)"는 말단에 NCO기를 두 개 갖는 화합물을 의미하며, 지방족 사슬, 지방족 고리, 방향족 고리의 골격에 따라 매우 다양한 구조를 가질 수 있다. 상기 디이소시아네이트의 구체적인 예로는 오르쏘크실릴렌디이소시아네이트, 메타크실릴렌디이소시아네이트, 파라크실릴렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)-비시클로[2.2.1]헵탄, 2,6-비스(이소시아네이토메틸)-비시클로[2.2.1]헵탄, 비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 1,2-디이소시아네이토벤젠, 1,3-디이소시아네이토벤젠, 1,4-디이소시아네이토벤젠, 2,4-디이소시아네이토톨루엔, 에틸페닐렌디이소시아네이트, 디메틸페닐렌디이소시아네이트, 비페닐디이소시아네이트, 톨루이딘디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌비스(페닐이소시아네이트), 1,2-비스(이소시아네이토메틸)벤젠, 1,3-비스(이소시아네이토메틸)벤젠, 1,4-비스(이소시아네이토메틸)벤젠, 1,2-비스(이소시아네이토에틸)벤젠, 1,3-비스(이소시아네이토에틸)벤젠, 1,4-비스(이소시아네이토에틸)벤젠, α,α,α',α'-테트라메틸크실릴렌디이소시아네이트, 비스(이소시아네이토메틸)나프탈린, 비스(이소시아네이토메틸페닐)에테르, 비스(이소시아네이토메틸)설피드, 비스(이소시아네이토에틸)설피드, 비스(이소시아네이토프로필)설피드, 2,5-디이소시아네이토테트라하이드로티오펜, 2,5-디이소시아네이토메틸테트라하이드로티오펜, 3,4-디이소시아네이토메틸테트라하이드로티오펜, 2,5-디이소시아네이토-1,4-디티안, 2,5-디이소시아네이토메틸-1,4-디티안 등을 들 수 있다.
[메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법]
일 구현예에 따른 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법은 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계; 및 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계를 포함한다.
상기 구현예에 따른 디이소시아네이트의 제조방법에서 출발물질로 사용되는 디아민은 메타크실릴렌디아민(m-XDA)이다.
메타크실릴렌디아민 염산염의 제조
먼저, 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는다.
아래 반응식 1은 본 단계의 반응의 일례를 나타낸 것이다.
[반응식 1]
Figure 112019057976244-pat00001
종래에 염화수소 가스를 이용하는 경우에는, 상압 반응시 염산염이 미세한 입자로 생성되어 반응기 내부의 교반 상태가 원활하지 않기 때문에, 압력을 높여주어 반응기 내부 온도를 상승시키는 공정이 추가로 필요하며, 최종 공정 제품의 수율도 낮은 문제가 있었다.
그러나 상기 구현예에 따르면 염산 수용액을 사용하므로, 종래에 염화수소 가스를 이용할 때 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 구체적으로, 염산 수용액을 사용할 경우, 반응을 통해 제조되는 생성물이 슬러리의 형태가 아닌 고체 형태이므로 수율이 높으며, 상압에서도 반응이 이뤄질 수 있기 때문에 급냉을 위한 별도로 장치 또는 공정을 필요로 하지 않는다.
상기 염산 수용액의 농도는 5 중량% 내지 50 중량%일 수 있다. 상기 농도 범위 내일 때, 염산 수용액 내에 염산염이 용해되는 것을 최소화하여 최종 수율을 높일 수 있고, 취급성도 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 염산 수용액의 농도는 10 중량% 내지 45 중량%, 20 중량% 내지 45 중량%, 또는 30 중량% 내지 40 중량%일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 염산 수용액은 20 중량% 내지 45 중량%의 농도를 가질 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액은 1 : 2 내지 5의 당량비로 반응에 투입될 수 있다. 상기 당량비 범위 내일 때, 미반응물을 줄이면서 수분 발생에 따른 용해로 인해 수율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민과 상기 염산 수용액은 1 : 2 내지 2.5의 당량비로 반응에 투입될 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액의 투입은, 반응기 내부 온도를 일정하게 유지하면서 수행될 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액의 투입 시의 반응기 내부 온도는 20℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 온도 범위 내일 때, 온도가 끓는점 이상으로 높아져 반응에 적합하지 않거나 온도가 너무 낮아져 반응 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액의 투입 시의 반응기 내부 온도는 20℃ 내지 60℃, 또는 20℃ 내지 40℃일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액이 1 : 2 내지 5의 당량비로 20℃ 내지 40℃의 온도에서 반응에 투입될 수 있다.
종래의 염산염법에서는 반응 과정에서 열이 많이 발생하여 별도의 냉각기를 통한 급냉을 필요로 하는 반면, 상기 구현예에 따르면 낮은 온도를 유지하면서 반응 물질을 투입하므로 별도의 냉각기를 필요로 하지 않는다.
상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액의 투입은, 예를 들어 반응기에 상기 염산 수용액을 먼저 투입하고 이후 상기 메타크실릴렌디아민을 천천히 투입하는 순서로 진행될 수 있다. 상기 메타크실릴렌디아민 및/또는 상기 염산 수용액의 투입은 30분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 및 상기 염산 수용액의 투입이 완료된 이후에는 반응기 내부 온도를 0℃ 내지 20℃, 0℃ 내지 10℃ 또는 10℃ 내지 20℃로 냉각시킬 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민과 염산 수용액의 반응은 상압에서 진행될 수 있고, 예를 들어 30분 내지 2시간 동안 교반하며 수행될 수 있다.
이후 상기 제 1 유기 용매를 반응에 투입하고, 냉각 후 추가로 교반하면서 반응을 진행할 수 있다.
상기 제 1 유기 용매는 친수성 용매일 수 있고, 구체적으로 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 디옥산, 테트라하이드로퓨란, 메탄올, 에탄올, 디메틸설폭사이드, 디메틸폼아마이드, 아세토나이트릴, 아세톤, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, 트리클로로에탄, n-부탄올, 이소부탄올, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 이소프로판올 및 메틸아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제 1 유기 용매의 투입량(중량)은 상기 메타크실릴렌디아민의 중량 대비 1배 내지 5배일 수 있다. 상기 투입량 범위 내일 때, 최종 염산염의 수율이 높으면서 과도한 유기 용매의 사용을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 유기 용매는 상기 메타크실릴렌디아민의 중량 대비 1배 내지 2배, 또는 1배 내지 1.5배의 양으로 반응에 투입될 수 있다.
상기 제 1 유기 용매의 투입 이후의 냉각 온도는 -10℃ 내지 10℃ 또는 -5℃ 내지 5℃일 수 있다. 또한 상기 냉각 이후의 추가 반응 시간은 30분 내지 2시간, 또는 30분 내지 1시간일 수 있다.
구체적인 일례에 따르면, 상기 메타크실릴렌디아민과 상기 염산 수용액의 반응이 (1a) 제 1 반응기에 상기 염산 수용액을 투입하는 단계; (1b) 상기 제 1 반응기에 상기 메타크실릴렌디아민을 추가로 투입하고 교반하는 단계; 및 (1c) 상기 제 1 반응기에 상기 제 1 유기 용매를 추가로 투입하고 교반하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민과 상기 염산 수용액의 반응이 상기 단계 (1b)에서 상기 메타크실릴렌디아민의 투입 이후 교반 이전에 상기 반응기의 내부를 0℃ 내지 10℃의 온도로 냉각하는 단계; 및 상기 단계 (1c)에서 상기 제 1 유기 용매의 투입 이후 교반 이전에 상기 반응기의 내부를 -5℃ 내지 5℃의 온도로 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 반응을 통해 수득된 반응물은 분리, 여과 및 건조를 더 거칠 수 있다. 예를 들어, 반응물 중에서 수층을 분리하고 여과 및 건조함으로써 고상의 메타크실릴렌디아민 염산염을 수득할 수 있다. 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법은, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계에서 발생되는 불순물을 상기 제 1 유기 용매와 함께 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 제조하기 위한 반응 과정에서 불순물이 발생하여 상기 제 1 유기 용매에 포함되는데, 상기 제 1 유기 용매의 제거 단계를 통해 이와 같은 불순물을 제거하여 제품의 순도를 높일 수 있다.
이와 같이 수득된 메타크실릴렌디아민 염산염의 수율은 80% 이상, 85% 이상, 또는 90% 이상일 수 있고, 구체적으로 85% 내지 95%, 또는 88% 내지 92%일 수 있다. 또한 상기 수득된 메타크실릴렌디아민 염산염의 수분 함유량은 5% 이하일 수 있으며, 5% 초과인 경우, 최종 제조되는 렌즈의 물성이 좋지 않다. 일례로서 상기 메타크실릴렌디아민 염산염이 80% 이상의 수율 및 5% 이하의 수분 함유량으로 얻어질 수 있다.
한편 반응물 중에서 유기층을 분리하여 유기 용매로 재사용할 수 있다. 이에 따라 상기 제 1 유기 용매의 회수율은 80% 이상, 85% 이상, 또는 90% 이상일 수 있고, 구체적으로는 80% 내지 95%, 또는 80% 내지 82%일 수 있다.
메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조
다음으로, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는다.
아래 반응식 2는 본 단계의 반응의 일례를 나타낸 것이다.
[반응식 2]
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구체적으로, 앞서 제조된 메타크실릴렌디아민 염산염을 유기 용매에 투입하고, 트리포스겐(triphosgene, BTC, bis(trichloromethyl)carbonate)과 반응시킨 후, 여과 및 증류를 통하여 메타크실릴렌디이소시아네이트를 수득한다.
상기 제 2 유기 용매의 구체적인 예로는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 클로로벤젠, 모노클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 디클로로메탄, 1-클로로-n-부탄, 1-클로로-n-펜탄, 1-클로로-n-헥산, 클로로포름, 카본 테트라클로라이드, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, 사이클로헥산, 사이클로펜탄, 사이클로옥탄 및 메틸사이클로헥산으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제 2 유기 용매의 투입량(중량)은 상기 메타크실릴렌디아민 염산염의 중량 대비 1배 내지 5배일 수 있다. 상기 투입량 범위 내일 때, 최종 메타크실릴렌디이소시아네이트의 수율이 높으면서 과도한 유기 용매의 사용을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 유기 용매는 상기 메타크실릴렌디아민 염산염의 중량 대비 2배 내지 5배, 또는 3배 내지 5배의 양으로 반응에 투입될 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응 온도는 130℃ 내지 160℃일 수 있다. 상기 반응 온도 범위 내일 때, 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐 간에 반응이 원활할 수 있고, 최종 메타크실릴렌디이소시아네이트 생성 시에 타르와 같은 불순물의 생성을 억제할 수 있다. 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응 온도는 135℃ 내지 155℃일 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응은 5시간 내지 100시간 동안 수행될 수 있다. 상기 반응 시간 범위 내일 때, 반응 시간이 과도하지 않으면서, 포스겐 발생으로 인한 미반응 물질의 생성을 최소화할 수 있다. 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응은 15시간 내지 40시간, 20시간 내지 35시간, 또는 24시간 내지 30시간 동안 수행될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응이 130℃ 내지 160℃의 온도에서 5시간 내지 100시간 동안 수행될 수 있다.
도 1은 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응을 통한 메타크실릴렌디이소시아네이트 제조의 반응 메커니즘을 나타낸 것이다. 도 1에서 보듯이, 디아민 염산염의 아민기가 트리포스겐의 카보네이트기를 공격하고, 이후 전자가 이동하면서 포스겐 가스(COCl2)가 발생한다. 이러한 반복을 통해서 지속적으로 포스겐 가스가 생성되며, 이로 인해 메타크실릴렌디아민 염산염의 아민기와 반응이 일어난다. 도 1에서 B는 음이온, 예를 들어 염소 이온을 포함할 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 염산염 및 상기 트리포스겐은 1 : 1 내지 5의 당량비로 반응에 투입될 수 있다. 상기 당량비 범위 내일 때, 반응 효율이 높으면서도, 과도한 투입으로 반응 시간이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 상기 트리포스겐은 1 : 1.5 내지 4, 또는 1 : 2 내지 2.5의 당량비로 반응에 투입될 수 있다
구체적인 일례에 따르면, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응이 (2a) 제 2 반응기에 상기 제 2 유기 용매를 투입하는 단계; (2b) 상기 제 2 반응기에 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 추가로 투입하고 교반하는 단계; 및 (2c) 상기 제 2 반응기에 상기 트리포스겐을 추가로 투입하고 교반하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 단계 (2c)에서 상기 트리포스겐의 투입이 상기 제 2 유기 용매와 동일한 용매 중에 상기 트리포스겐이 용해된 용액을 상기 반응기에 135℃ 내지 155℃의 온도에서 총 25시간 내지 40시간 동안 2회 이상 나누어 투입하는 것일 수 있다.
이때 상기 트리포스겐 용액의 각 회별 투입 시간은 5시간 내지 25시간, 또는 10시간 내지 14시간일 수 있다.
또한 상기 트리포스겐의 투입 이후에 교반하여 추가로 반응시키는 시간은 2시간 내지 5시간 또는 3시간 내지 4시간일 수 있다.
반응 이후에는 반응물을 90℃ 내지 110℃의 온도에서 냉각할 수 있다.
상기 반응을 통해 수득된 반응물은 분리, 여과 및 증류를 더 거칠 수 있다.
상기 증류는 1차 증류 및 2차 증류를 포함할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트가 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 상기 트리포스겐의 반응의 결과물을 40℃ 내지 60℃에서 2시간 내지 8시간 동안 1차 증류한 후, 100℃ 내지 120℃에서 2시간 내지 10시간 동안 2차 증류하여 얻어진 것일 수 있다.
상기 1차 증류는 0.5 Torr 이하에서, 상기 2차 증류는 0.1 Torr 이하에서 수행될 수 있다.
상기 1차 증류를 통해 유기 용매를 회수하여 재활용할 수 있고, 상기 2차 증류를 통해 최종 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻을 수 있다.
이와 같이 수득된 메타크실릴렌디이소시아네이트의 수율은 80% 이상, 85% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다. 또한 상기 수득된 메타크실릴렌디이소시아네이트의 순도는 95% 이상, 99.5% 이상, 또는 99.8% 이상일 수 있다.
상기 구현예의 방법에 따르면, 메타크실릴렌이소시아네이트의 수율이 높고, 유기 용매의 재활용률이 우수하고 맹독성의 포스겐 가스를 사용하지 않으므로 친환경적이며, 상압 반응이 가능하고 가압 또는 급냉을 위한 별도 장치를 필요로 하지 않는다.
반응용액의 색상 및 투명도 측정
일 구현예에 따르면, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염 및 트리포스겐으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계는, (i) 반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계; (ii) 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계; 및 (iii) 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계를 포함한다.
상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응에서, 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하여 반응 조건을 조절할 수 있다. 예를 들어, 반응 초기의 반응용액은 불투명한 무색 내지 흰색일 수 있고, 반응이 정상적으로 완료된 시점의 반응용액은 투명하거나 투명에 가까우며 연한 갈색 계통의 색상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계에서, 상기 반응용액은 투명한 연갈색을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 반응용액이 CIE-LAB 색좌표에서 45 내지 60의 L* 값, 3 내지 15의 a* 값, 및 15 내지 30의 b* 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 반응용액은 CIE-LAB 색좌표에서 50 내지 55의 L* 값, 5 내지 10의 a* 값, 및 20 내지 25의 b* 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 반응용액은 550 nm 파장의 광에 대한 투과율이 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다. 또한, 상기 반응용액은 헤이즈가 20% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 또는 3% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 반응용액이 550 nm 파장의 광에 대해 70% 이상의 투과율 및 10% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 반응용액이 550 nm 파장의 광에 대해 80% 이상의 투과율 및 5% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다.
이와 달리, 만약 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응이 완료되지 않은 경우, 반응용액이 불투명하거나 침전물을 가질 수 있고 색상이 희미하거나 흰색 또는 무색일 수 있다. 또한 만약 부반응이 많이 발생된 경우에는, 반응용액이 불투명하거나 또는 연갈색 이외의 색을 나타낼 수 있으며, 예를 들어 흑갈색 내지 어두운 색상을 나타낼 수 있다.
상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응 단계는, 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계와 동시에 수행될 수 있다.
즉 상기 메타크실릴렌디아민 염산염 및 트리포스겐의 반응이 진행되는 중에 실시간으로 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정할 수 있다.
또한 보다 정확한 측정을 위해, 반응용액 중 일부를 채취하여 색상 및 투명도를 정밀 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용액의 색상 및 투명도의 측정은, 상기 반응용액 중 일부를 채취하고, 채취된 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 것으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 반응용액의 색상 및 투명도에 따라 반응 당량, 반응 온도, 또는 반응 시간을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용액의 색상 및 투명도에 따라 반응 종료 시점을 결정할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응 종료 시점은 상기 반응용액이 투명한 연갈색으로 변한 시점 이후일 수 있다.
일례로서 상기 반응기는 투시창을 구비하고, 상기 반응용액의 색상 및 투명도의 측정이 상기 투시창을 통해 수행될 수 있다.
상기 반응기는 1단 이상의 콘덴서와 연결되고, 상기 반응기 내에서 발생한 가스가 상기 1단 이상의 콘덴서로 이송된 후, 상기 가스 중에 존재하는 상기 제 2 유기 용매가 응축되어 상기 반응기로 회수될 수 있다.
상기 1단 이상의 콘덴서는 제 1 스크러버 및 제 2 스크러버와 연결되고, 상기 반응기로부터 상기 1단 이상의 콘덴서로 이송된 가스가 염화수소 가스 및 포스겐 가스를 포함하며, 상기 제 1 스크러버가 상기 염화수소 가스를 물에 용해시켜 수용액을 생성하고, 상기 제 2 스크러버가 상기 포스겐 가스를 NaOH 수용액에 의해 중화시킬 수 있다.
또한 상기 반응기가 1단 이상의 증류기와 연결되고, 상기 반응용액이 상기 1단 이상의 증류기로 이송되며, 상기 1단 이상의 증류기가 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 제 2 유기 용매를 분리할 수 있다.
상기 분리된 제 2 유기 용매는 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응에 재활용될 수 있다.
도 2는 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응을 위한 공정 장치의 예시를 나타낸 것이다.
먼저, 제 1 탱크(T-1)에 제 2 유기 용매 및 트리포스겐을 채우고 온수 환류 등에 의해 일정 온도를 유지한다. 반응기(R-1)의 내부를 질소로 치환하고 여기에 제 2 유기 용매를 투입하고 교반하면서, 메타크실릴렌디이소시아네이트 염산염을 서서히 투입하고 반응기의 내부를 일정 온도로 유지하면서 교반한다.
이후 제 1 탱크(T-1)로부터 제 2 유기 용매 중의 트리포스겐 용액을 반응기(R-1)에 서서히 투입한다. 상기 제 2 유기 용매 중의 트리포스겐 용액의 투입은 1회 또는 2회 이상 나누어 수행하며, 이때 반응기(R-1)의 내부 온도를 일정하게 유지하면서 교반을 수행한다. 투입이 완료된 후, 일정 시간 더 교반하면서 추가 반응을 수행한다. 일례로서, 반응기(R-1)에 구비된 투시창(G-1)을 통해 육안으로 반응용액의 색상 및 투명도를 관찰한다. 다른 예로서, 반응기(R-1)에 구비된 투시창(G-1)을 통해 광학기기로 반응용액의 색상 및 투명도를 측정한다. 상기 광학기기는 디지털카메라, 스펙트로미터, 광학분석장비 등을 포함할 수 있다.
반응기(R-1) 내부에 존재하는 가스(제 2 유기 용매, 염화수소, 포스겐 등)는 제 1 콘덴서(C-1)로 이송된다. 제 1 콘덴서(C-1)에서 냉각에 의해 제 2 유기 용매가 1차 응축되어 반응기(R-1)로 회수되고 나머지 가스는 제 2 콘덴서(C-2)로 이송된다. 제 2 콘덴서(C-2)에서 냉각에 의해 제 2 유기 용매가 2차 응축되어 반응기(R-1)로 회수되고 나머지 가스는 제 3 콘덴서(C-3)로 이송된다. 제 3 콘덴서(C-3)에서 냉각에 의해 제 2 유기 용매가 3차 응축되어 반응기(R-1)로 회수된다.
이와 같이 다단의 콘덴서를 거치면서 제 2 유기 용매를 제거한 이후 나머지 가스(염화수소, 포스겐 등)는 제 1 스크러버(S-1)로 이송된다. 제 1 스크러버(S-2)에서 염화수소 가스를 물에 용해시켜 염산 수용액을 얻어서 제 2 탱크(T-2)에 저장하고 나머지 가스는 제 2 스크러버(S-2)로 이송된다. 제 2 스크러버(S-2)에서 제 3 탱크(T-3)에 저장되어 있던 수산화나트륨 수용액을 이용하여 포스겐(COCl2) 가스를 중화시켜 제거할 수 있다.
반응기(R-1)에서 얻은 반응용액은 제 1 증류기(D-1) 및 제 2 증류기(D-2)로 순차적으로 이송되며 1차 증류 및 2차 증류를 거치면서, 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 제 2 유기 용매를 분리한다.
상기 반응용액으로부터 분리된 제 2 유기 용매는 용매 회수기(V-1)으로 이송되어 보관될 수 있으며, 이후 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응에 재활용될 수 있다.
또한, 상기 반응용액으로부터 분리된 메타크실릴렌디이소시아네이트는 여과 및 건조 등을 더 거쳐 최종 제품으로 제공될 수 있다.
[광학 렌즈의 제조방법]
상기 구현예에서 제조된 메타크실릴렌디이소시아네이트를 다른 성분과 조합함으로써 광학 재료용 조성물을 제조할 수 있다. 즉 상기 광학 재료용 조성물은 상기 구현예에 따라 제조된 메타크실릴렌디이소시아네이트, 및 티올 또는 에피설피드를 포함한다. 또한 상기 광학 재료용 조성물을 혼합하고 몰드에서 가열 경화함으로써 광학 렌즈를 제조할 수 있다.
일 구현예에 따른 광학 렌즈의 제조방법은 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계; 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계; 및 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트를 티올 또는 에피설피드와 혼합하고 몰드에서 중합 및 경화시키는 단계를 포함한다.
일 구현예에 따르면, 상기 메타크실릴렌디아민 염산염 및 트리포스겐으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계는, (i) 반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계; (ii) 상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계; 및 (iii) 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계를 포함한다.
상기 티올은 2개 이상의 SH기를 포함하는 폴리티올일 수 있으며, 지방족, 지환족, 또는 방향족 골격을 가질 수 있다. 상기 에피설피드는 2개 이상의 티오에폭시기를 가질 수 있으며, 지방족, 지환족, 또는 방향족 골격을 가질 수 있다.
상기 티올의 구체적인 예는 비스(2-머캅토에틸)설피드, 4-머캅토메틸-1,8-디머캅토-3,6-디티아옥탄, 2,3-비스(2-머캅토에틸티오)프로판-1-티올, 2,2-비스(머캅토메틸)-1,3-프로판디티올, 테트라키스(머캅토메틸)메탄, 2-(2-머캅토에틸티오)프로판-1,3-디티올, 2-(2,3-비스(2-머캅토에틸티오)프로필티오)에탄티올, 비스(2,3-디머캅토프로판닐)설피드, 비스(2,3-디머캅토프로판닐)디설피드, 1,2-비스(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로판, 1,2-비스(2-(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로필티오)에탄, 비스(2-(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로필)설피드, 비스(2-(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로필)디설피드, 2-(2-머캅토에틸티오)-3-2-머캅토-3-[3-머캅토-2-(2-머캅토에틸티오)-프로필티오]프로필티오-프로판-1-티올, 2,2 -비스-(3-머캅토-프로피오닐옥시메틸)-부틸 에스테르, 2-(2-머캅토에틸티오)-3-(2-(2-[3-머캅토-2-(2-머캅토에틸티오)-프로필티오]에틸티오)에틸티오)프로판-1-티올, (4R,11S)-4,11-비스(머캅토메틸)-3,6,9,12-테트라티아테트라데칸-1,14-디티올, (S)-3-((R-2,3-디머캅토프로필)티오)프로판-1,2-디티올, (4R,14R)-4,14-비스(머캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헵탄-1,17-디티올, (S)-3-((R-3-머캅토-2-((2-머캅토에틸)티오)프로필)티오)프로필)티오)-2-((2-머캅토에틸)티오)프로판-1-티올, 3,3'-디티오비스(프로판-1,2-디티올), (7R,11S)-7,11-비스(머캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헵타데칸-1,17-디티올, (7R,12S)-7,12-비스(머캅토메틸)-3,6,9,10,13,16-헥사티아옥타데칸-1,18-디티올, 5,7-디머캅토메틸-1,11-디머캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,7-디머캅토메틸-1,11-디머캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,8-디머캅토메틸-1,11-디머캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에트리톨테트라키스(2-머캅토아세테이트), 비스펜타에리트리톨-에테르-헥사키스(3-머캅토프로피오네이트), 1,1,3,3-테트라키스(머캅토메틸티오)프로판, 1,1,2,2-테트라키스(머캅토메틸티오)에탄, 4,6-비스(머캅토메틸티오)-1,3-디티안, 2-(2,2-비스(머캅토디메틸티오)에틸)-1,3-디티안, 2,5-비스머캅토메틸-1,4-디티안, 비스(머캅토메틸-3,6,9-트리티아-1,11-운데칸디티올 등을 포함한다.
바람직하게는, 상기 티올은 2-(2-머캅토에틸티오)프로판-1,3-디티올, 2,3-비스(2-머캅토에틸티오)프로판-1-티올, 2-(2,3-비스(2-머캅토에틸티오)프로필티오)에탄티올, 1,2-비스(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로판, 1,2-비스(2-(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로필티오)-에탄, 비스(2-(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로필)설피드, 2-(2-머캅토에틸티오)-3-2-머캅토-3-[3-머캅토-2-(2-머캅토에틸티오)-프로필티오]프로필티오-프로판-1-티올, 2,2'-티오디에탄티올, 4,14-비스(머캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헥타데칸-1,17-디티올, 2-(2-머캅토에틸티오)-3-[4-(1-{4-[3-머캅토-2-(2-머캅토에틸티오)-프로폭시]-페닐}-1-메틸에틸)-페녹시]-프로판-1-티올, 펜타에리트리톨테트라키스(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨머캅토아세테이트, 트리메티올프로판트리스머캅토프로피오네이트, 글리세롤트리머캅토프로피오네이트, 디펜타에피트리톨헥사머캅토프로피오네이트, 2,5-비스머캅토메틸-1,4-디티안 등일 수 있다.
상기 티올은 상기 예시 화합물들 중 중 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 에피설피드의 구체적인 예는 비스(β-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(β-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스(β-에피티오프로필티오)프로판, 1-(β-에피티오프로필티오)-2-(β-에피티오프로필티오메틸)프로판, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)부탄, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오)부탄, 1-(β-에피티오프로필티오)-3-(β-에피티오프로필티오메틸)부탄, 1,5-비스(β-에피티오프로필티오)펜탄, 1-(β-에피티오프로필티오)-4-(β-에피티오프로필티오메틸)펜탄, 1,6-비스(β-에피티오프로필티오)헥산, 1-(β-에피티오프로필티오)-5-(β-에피티오프로필티오메틸)헥산, 1-(β-에피티오프로필티오)-2-[(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오]에탄, 1-(β-에피티오프로필티오)-2-[[2-(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오에틸]티오]에탄, 테트라키스(β-에피티오프로필티오메틸)메탄, 1,1,1-트리스(β-에피티오프로필티오메틸)프로판, 1,5-비스(β-에피티오프로필티오)-2-(β-에피티오프로필티오메틸)-3-티아펜탄, 1,5-비스(β-에피티오프로필티오)-2,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3-티아펜탄, 1-(β-에피티오프로필티오)-2,2-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-4-티아헥산, 1,5,6-트리스(β-에피티오프로필티오)-4-(β-에피티오프로필티오메틸)-3-티아헥산, 1,8-비스(β-에피티오프로필티오)-4-(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6-디티아옥탄, 1,8-비스(β-에피티오프로필티오)-4,5-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6-디티아옥탄, 1,8-비스(β-에피티오프로필티오)-4,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6-디티아옥탄, 1,8-비스(β-에피티오프로필티오)-2,4,5-트리스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6-디티아옥탄, 1,8-비스(β-에피티오프로필티오)-2,5-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6-디티아옥탄, 1,9-비스(β-에피티오프로필티오)-5-(β-에피티오프로필티오메틸)-5-[(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오메틸]-3,7-디티아노난, 1,10-비스(β-에피티오프로필티오)-5,6-비스[(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오]-3,6,9-트리티아데칸, 1,11-비스(β-에피티오프로필티오)-4,8-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6,9-트리티아운데칸, 1,11-비스(β-에피티오프로필티오)-5,7-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6,9-트리티아운데칸, 1,11-비스(β-에피티오프로필티오)-5,7-[(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오메틸]-3,6,9-트리티아운데칸, 1,11-비스(β-에피티오프로필티오)-4,7-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-3,6,9-트리티아운데칸, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오)시클로헥산, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)시클로헥산, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오메틸)시클로헥산, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)시클로헥산, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실]메탄, 2,2-비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실]프로판, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실] 설피드, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-1,4-디티안, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오에틸티오메틸)-1,4-디티안, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오)벤젠, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)벤젠, 1,3-비스(β-에피티오프로필티오메틸)벤젠, 1,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)벤젠, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]메탄, 2,2-비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]프로판, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐] 설피드, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐] 술폰, 4,4'-비스(β-에피티오프로필티오)비페닐 등을 포함한다.
상기 에피설피드는 상기 예시 화합물들 중 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 에피설피드는 이의 티오에폭시기의 수소 중 적어도 1개가 메틸기로 치환된 화합물일 수도 있다.
상기 광학 재료용 조성물은 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 상기 티올 또는 에피설피드를 혼합 상태로 포함하거나 또는 분리된 상태로 포함할 수 있다. 즉, 상기 중합성 조성물 내에서, 이들은 서로 접촉하여 배합된 상태이거나, 또는 서로 접촉하지 않도록 분리된 상태일 수 있다.
상기 광학 재료용 조성물은 상기 티올 또는 에피설피드를 상기 메타크실릴렌디이소시아네이트와 2:8 내지 8:2, 3:7 내지 7:3, 또는 4:6 내지 6:4의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 광학 재료용 조성물 및 광학 렌즈의 제조 시에 목적에 따라 촉매, 사슬 연장제, 가교제, 자외선 안정제, 산화 방지제, 착색 방지제, 염료, 충전제, 이형제 등을 더 첨가할 수 있다.
이들 티올 또는 에피설피드를 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 기타 첨가제와 혼합하고 탈포한 후, 몰드에 주입하고 저온에서 고온으로 서서히 승온하면서 서서히 중합시키고, 이를 가열함으로써 수지를 경화하여 광학 렌즈를 제조할 수 있다.
상기 중합 반응의 온도는 예를 들어 20℃ 내지 150℃일 수 있고, 구체적으로 25℃ 내지 120℃일 수 있다. 또한, 반응 속도를 조절하기 위해서, 폴리티오우레탄의 제조에 통상적으로 이용되는 반응 촉매가 첨가될 수 있으며, 이의 구체적인 종류는 앞서 예시한 바와 같다.
또한 상기 제조된 광학 렌즈에는 필요에 따라 반사 방지, 고경도 부여, 내마모성 향상, 내약품성 향상, 김서림 방지성 부여, 표면 연마, 대전방지처리, 하드코트 처리, 무반사 코팅 처리, 염색 처리 등의 물리적 또는 화학적 처리가 추가로 실시될 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 광학 렌즈는 투명성과 굴절율 등의 광학성 특성이 우수하다. 예를 들어, 상기 광학 렌즈는 1.60 이상의 굴절율을 가질 수 있고, 구체적으로 1.60 내지 1.67의 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학 렌즈는 아베수가 30 내지 50일 수 있고, 구체적으로 30 내지 45, 또는 31 내지 40일 수 있다. 또한, 상기 광학 렌즈는 광투과율이 80% 이상, 85% 이상, 또는 87% 이상일 수 있으며, 이는 전광선 투과율일 수 있다.
[실시예]
이하 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하나, 이들 범위로 한정되는 것은 아니다.
<메타크실릴렌디아민 염산염의 제조>
실시예 1
5L 4구 반응기에 35% 염산 수용액 963.5g(9.25mol)을 투입하고 교반하면서 반응기 내부온도를 15~20℃로 냉각하였다. 여기에 메타크실릴렌디아민(m-XDA) 600g(4.4mol)을 반응기 온도를 20~50℃로 유지하면서 1시간 속도로 투입하였다. 투입 완료 후 반응기 내부 온도를 10~20℃로 냉각하고 1시간 교반 후, 유기 용매로 디에틸에테르(Et2O) 1200g을 추가 투입하고, 내부 온도를 -5~0℃로 냉각하여 30분~1시간 동안 추가 교반하였다. 반응 완료 후 필터를 사용하여 진공 여과를 실시하고, 여과된 디에틸에테르는 회수하여 재사용하였다. 상기 디에틸에테르의 회수율은 73%이었다. 진공 여과 후 메타크실릴렌디아민(m-XDA) 염산염을 얻을 수 있었으며, 잔류된 유기 용매 및 수분 제거를 위해 반응기 외부 온도 90~100℃, 진공펌프 0.1 Torr 의 조건에서 건조를 실시하여 최종 메타크실릴렌디아민(m-XDA) 염산염을 얻었다. 얻어진 m-XDA 염산염은 미색의 고체 형태이며, 수율은 88%이었으며, 수분 함유량은 2%이었다.
실시예 2
5L 4구 반응기에 35% 염산 수용액 986.5g(9.47mol)을 투입하고 교반하면서 반응기 내부온도를 15~20℃로 냉각하였다. 여기에 m-XDA 600g(4.4mol)을 반응기 온도를 20~50℃로 유지하면서 1시간 속도로 투입하였다. 투입 완료 후 반응기 내부 온도를 10~20℃로 냉각하고 1시간 교반 후, 유기 용매로 이소프로판올(i-PrOH) 1260g을 추가 투입하고, 내부 온도를 -5~0℃로 냉각하여 30분~1시간 동안 추가 교반하였다. 반응 완료 후 필터를 사용하여 진공 여과를 실시하고, 여과된 이소프로판올은 회수하여 재사용하였다. 이때 이소프로판올의 회수율은 75%이었다. 진공 여과 후 m-XDA 염산염을 얻을 수 있었으며, 잔류된 유기 용매 및 수분 제거를 위해 반응기 외부 온도 90~100℃, 진공펌프 0.1 Torr의 조건에서 건조를 실시하여 최종 m-XDA 염산염을 얻었다. 얻어진 m-XDA 염산염은 미색의 고체 형태이며, 수율은 88%이었으며, 수분 함유량은 2%이었다.
실시예 3
5L 4구 반응기에 35% 염산 수용액 1009.4g(9.69mol)을 투입하고 교반하면서 반응기 내부온도를 15~20℃로 냉각하였다. 여기에 m-XDA 600g(4.4mol)을 반응기 온도를 20~50℃로 유지하면서 1시간 속도로 투입하였다. 투입 완료 후 반응기 내부 온도를 10~20℃로 냉각하고 1시간 교반 후, 테트라하이드로퓨란(THF) 1320g을 추가 투입하고, 내부 온도를 -5~0℃로 냉각하여 30분~1시간 동안 추가 교반하였다. 반응 완료 후 필터를 사용하여 진공 여과를 실시하고, 여과된 테트라하이드로퓨란은 회수하여 재사용하였다. 테트라하이드로퓨란의 회수율은 82%이었다. 진공 여과 후 m-XDA 염산염을 얻을 수 있었으며, 잔류된 용매 및 수분 제거를 위해 반응기 외부 온도 90~100℃, 진공펌프 0.1 Torr의 조건에서 건조를 실시하여 최종 m-XDA 염산염을 얻었다. 얻어진 m-XDA 염산염은 미색의 고체 형태이며, 수율은 91%이었으며, 수분 함유량은 3%이었다.
실시예 4
5L 4구 반응기에 35% 염산 수용액 1032.3g(9.91mol)을 투입하고 교반하면서 반응기 내부온도를 15~20℃로 냉각하였다. 여기에 m-XDA 600g(4.4mol)을 반응기 온도를 20~50℃로 유지하면서 1시간 속도로 투입하였다. 투입 완료 후 반응기 내부 온도를 10~20℃로 냉각하고 1시간 교반 후, 이소부탄올(i-BuOH) 1440g을 추가 투입하고, 내부 온도를 -5~0℃로 냉각하여 30분~1시간 동안 추가 교반하였다. 반응 완료 후 필터를 사용하여 진공 여과를 실시하고, 여과된 이소부탄올은 회수하여 재사용하였다. 이소부탄올의 회수율은 82%이었다. 진공 여과 후 m-XDA 염산염을 얻을 수 있었으며, 잔류된 용매 및 수분 제거를 위해 반응기 외부 온도 90~100℃, 진공펌프 0.08 Torr의 조건에서 건조를 실시하여 최종 m-XDA 염산염을 얻었다. 얻어진 m-XDA 염산염은 미색의 고체 형태이며, 수율은 92%이었으며, 수분 함유량은 3%이었다.
실시예 5
5L 4구 반응기에 35% 염산 수용액 1055.4g(10.13mol)을 투입하고 교반하면서 반응기 내부온도를 15~20℃로 냉각하였다. 여기에 m-XDA 600g(4.4mol)을 반응기 온도를 20~50℃로 유지하면서 1시간 속도로 투입하였다. 투입 완료 후 반응기 내부 온도를 10~20℃로 냉각하고 1시간 교반 후, 메틸에틸케톤(MEK) 1500g을 추가 투입하고, 내부 온도를 -5~0℃로 냉각하여 30분~1시간 동안 추가 교반하였다. 반응 완료 후 필터를 사용하여 진공 여과를 실시하고, 여과된 메틸에틸케톤은 회수하여 재사용하였다. 메틸에틸케톤의 회수율은 82%이었다. 진공 여과 후 m-XDA 염산염을 얻을 수 있었으며, 잔류된 용매 및 수분 제거를 위해 반응기 외부 온도 90~100℃, 진공펌프 0.05 Torr의 조건에서 건조를 실시하여 최종 m-XDA 염산염을 얻었다. 얻어진 m-XDA 염산염은 미색의 고체 형태이며, 수율은 92%이었으며, 수분 함유량은 1%이었다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 반응기 내에, 반응 용매로서 오르소디클로로벤젠(ODCB) 846g을 투입하고, 원료조에 m-XDI 136.2g(1.0mol) 및 ODCB 621g을 투입했다(전체 아민 농도 8.5중량%). 다음에, 대기압하에 있어서, 반응기 내의 온도를 120℃로 승온했다. 그 후, 염화수소 가스 취입관으로부터 염화수소 가스를 투입을 개시하고, 동시에, 원료조로부터 용매로 희석한 아민을, 원료 장입 펌프로 투입하고 2시간 걸려서 전량을 투입했다. 반응 종료 후, 얻어진 염산염 슬러리(수율 90%)는 유동성이 낮았고, 염산염을 분리하는 과정에서 염산염이 반응기 내에 다량으로 남았다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 절차를 반복하되, 유기 용매를 이용하지 않고 디아민 염산염을 제조하였다(수율 49%).
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
염산 수용액 963.5g 986.5g 1009.4g 1032.3g 1055.3g HCl 가스 963.5g
반응기 내부온도 20~50℃ 20~50℃ 20~50℃ 20~50℃ 20~50℃ 120℃ 20~50℃
m-XDA 600g 600g 600g 600g 600g 136.2g 600g
유기 용매 Et2O
1200g		 i-PrOH
1260g		 THF
1320g		 i-BuOH
1440g		 MEK
1500g		 ODCB
846+621g		 -
진공 조건 0.1 Torr 0.1 Torr 0.1 Torr 0.08 Torr 0.05 Torr - 0.1 Torr
염산염 수율 88% 88% 91% 92% 92% 90% 49%
염산염
수분 함유량		 2% 2% 3% 3% 1% - -
<메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조>
실시예 6
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 톨루엔 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 1에서 최종 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 135℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 트리포스겐(BTC) 378.5g을 톨루엔 200g에 용해한 용액을 일차적으로 10~14시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 378.5g을 톨루엔 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 135~140℃를 유지하였다. BTC 용액의 총 투입시간은 33시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하고, 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후, 1차로 50~60℃ 온도에서 톨루엔을 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 메타크실릴렌디이소시아네이트(m-XDI)를 수득하였으며, 1차로 증류한 톨루엔의 회수율은 85%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.5%로 측정되었으며, 수율은 84%이었다.
실시예 7
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 에틸벤젠 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 2에서 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 140℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 BTC 378.5g을 에틸벤젠 200g에 용해한 용액을 일차적으로 10~14시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 378.5g을 에틸벤젠 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 140~145℃를 유지하였다. BTC 용액의 총 투입시간은 31시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하고, 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후, 1차로 50~60℃ 온도에서 에틸벤젠을 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 m-XDI를 수득하였으며, 1차로 증류한 에틸벤젠의 회수율은 85%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.7%로 측정되었으며, 수율은 86%이었다.
실시예 8
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 오르소디클로로벤젠(ODCB) 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 3에서 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 145℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 BTC 416.5g을 ODCB 200g에 용해한 용액을 일차적으로 10~14시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 416.5g을 ODCB 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 145~150℃를 유지하였다. BTC 용액의 총 투입시간은 28시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하고, 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후 1차로 50~60℃ 온도에서 ODCB를 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 m-XDI를 수득하였으며, 1차로 증류한 ODCB의 회수율은 88%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.8%로 측정되었으며, 수율은 90%이었다.
실시예 9
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 사이클로헥산 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 4에서 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 145℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 BTC 454g을 사이클로헥산 200g에 용해한 용액을 일차적으로 10~14시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 454g을 사이클로헥산 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 145~150℃를 유지하였다. BTC 용액의 투입시간은 총 30시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하고, 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후 1차로 50~60℃ 온도에서 사이클로헥산을 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 m-XDI를 수득하였으며, 1차로 증류한 사이클로헥산의 회수율은 87%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.5%로 측정되었으며, 수율은 88%이었다.
실시예 10
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 모노클로로벤젠 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 5에서 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 150℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 BTC 454g을 모노클로로벤젠 200g에 용해한 용액을 일차적으로 12시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 454g을 모노클로로벤젠 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 150~155℃를 유지하였다. BTC 용액의 투입시간은 총 29시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하고, 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후 1차로 50~60℃ 온도에서 모노클로로벤젠을 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 m-XDI를 수득하였으며, 1차로 증류한 모노클로로벤젠의 회수율은 86%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.6%로 측정되었으며, 수율은 90%이었다.
비교예 3
반응기 내에 있어서 비교예 1의 염산염 슬러리를 160℃로 승온 후, 포스겐 취입관으로부터, 포스겐 가스를 100 g/hr(1.0 mol/hr)으로 취입하고, 온도를 유지하면서 8시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 질소를 퍼징하여 미반응 포스겐 가스 및 염화수소 가스를 제거하였다. 그리고, 반응용액을 여과하고, 미반응 염산염 8.2g(건조 중량)을 여과에 의해 제거했다. 얻어진 여액을 탈용매하여, 불순물(CBi)를 1.1중량% 함유하는 순도 96.2%의 m-XDI 183.3g(순도환산수율 93.71 mol%)을 얻었다.
구 분 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 3
m-XDA 염산염 실시예 1
800g		 실시예 2
800g		 실시예 3
800g		 실시예 4
800g		 실시예 5
800g		 비교예 1
슬러리
유기 용매 톨루엔 3400g 에틸벤젠 3400g ODCB
3400g		 사이클로헥산 3400g 모노클로로벤젠 3400g -
반응기
내부온도		 135-140℃ 140-145℃ 145-150℃ 145-150℃ 150-155℃ -
BTC 757g 757g 833g 908g 908g 포스겐
가스
유기 용매 400g 400g 400g 400g 400g -
용매 회수율 85% 85% 88% 87% 86% -
반응온도 >135℃ >140℃ >145℃ >145℃ >150℃ -
총 투입시간 33시간 31시간 28시간 30시간 29시간 -
m-XDI 수율 84% 86% 90% 88% 90% -
순도(%) 99.5% 99.7% 99.8% 99.5% 99.6% 96.2%
실시예 8A
도 2와 같은 투시창을 구비한 반응기를 포함하는 공정 장치를 구성하고, 이를 이용하여 상기 실시예 8의 절차에 따라 m-XDI를 제조하였다.
5L 4구 반응기 내부를 질소로 치환하고, 여기에 오르소디클로로벤젠(ODCB) 3400g을 투입하고 교반하면서, 상기 실시예 3에서 얻어진 m-XDA 염산염 800g을 서서히 투입하고 반응기 내부를 145℃를 유지하면서 교반하였다. 이후 BTC 416.5g을 ODCB 200g에 용해한 용액을 일차적으로 10~14시간에 걸쳐 투입한 이후, BTC 416.5g을 ODCB 200g에 용해한 용액을 2차적으로 투입하며, 이때의 반응기 내부 온도는 145~150℃를 유지하였다. BTC 용액의 총 투입시간은 28시간이었으며, 투입이 완료되면 3~4시간 동안 추가 반응을 실시하였다.
반응 중에 투시창을 통해 반응기 내 반응용액의 색상 및 투명도를 육안으로 관찰하였고, 반응용액이 투명한 연갈색으로 관찰되는 시점에 반응용액의 일부를 채취하여 광학장비를 통해 색상 및 투명도를 정밀 분석하여 반응의 종료 시점을 결정하였다.
반응이 종료된 후 반응용액은 90~110℃ 온도로 냉각하였으며, 과잉의 COCl2는 질소로 퍼징하여 분해시켰다. 반응이 완료된 이후 1차로 50~60℃ 온도에서 ODCB를 증류하여 제거하고, 2차로 120℃에서 증류함으로써 m-XDI를 수득하였으며, 1차로 증류한 ODCB의 회수율은 88%이었다. 최종 수득된 m-XDI의 순도는 99.8%로 측정되었으며, 수율은 90%이었다.
실시예 8B 및 8C
상기 실시예 8A와 동일한 절차를 수행하되, m-XDA 염산염과 BTC의 반응 당량, 반응 온도 또는 반응 시간을 변경하여, 다양한 색상 및 투명도의 반응용액을 얻고, 이로부터 상기 실시예 8A와 동일한 방식으로 최종 m-XDI를 얻었다.
상기 실시예 8A 내지 8C의 과정에서 얻은 반응용액의 색상 및 투명도, 및 최종 m-XDI의 수율 및 순도를 측정하여 아래 표에 정리하였다. m-XDI의 수율은 80% 이상일 경우 O로, 80% 미만일 경우 X로 표시하였고, m-XDI의 순도는 95% 이상일 경우 O로, 95% 미만일 경우 X로 표시하였다.
구 분 실시예 8A 실시예 8B 실시예 8C
반응용액 투명도 투명 불투명 투명
반응용액 색상 연갈색 연갈색 흑갈색
m-XDI 수율 O X O
m-XDI 순도 O O X
상기 표에서 보듯이, m-XDA 염산염과 BTC의 반응용액의 색상 및 투명도를 관찰하여 반응 종료 시점을 결정함으로써, 공정의 효율성 뿐만 아니라 최종 제품의 품질도 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
<광학 재료용 조성물 및 광학 렌즈의 제조>
실시예 11 내지 13
상기 실시예 6에 의해 제조된 메타크실릴렌디이소시아네이트(m-XDI)를 포함하는 제1액과, 티올을 포함하는 제2액을 아래 표의 비율로 혼합하여 광학 재료용 조성물을 제조하였다.
성 분 (중량부) 실시예 11 실시예 12 실시예 13
제1액 m-XDI 52 46.92 50.09
DBTC 0.015 0.015 0.015
ZelecTM UN 0.1 0.1 0.1
TinuvinTM 329 0.05 0.05 0.05
제2액 GST 48 - -
DMMD - 53.08 -
BET - - 49.41
DBTC: dibutyltin dichloride, 촉매, Aldrich사
ZelecTM UN: 이형제, Aldrich사
TinuvinTM 329: UV 차단제, BASF사
GST: 1,2-비스(2-머캅토에틸티오)-3-머캅토프로판
DMMD: 2,5-비스머캅토메틸-1,4-디티안
BET: 비스(머캅토메틸-3,6,9-트리티아-1,11-운데칸디티올
실시예 14 내지 16
상기 실시예 11~13의 광학 재료용 조성물을 경화하여 각각 실시예 14~16에 해당하는 광학 렌즈를 제조하였다. 광학 렌즈의 물성을 하기 표에 나타내었다.
구 분 실시예 14 실시예 15 실시예 16
굴절율(nd20) 1.66 1.66 1.66
아베수(20℃) 32 32 32
비중 1.35 1.38 1.37
투과율(%) 91 91 91
상기 표에서 보듯이, 실시예에 따른 광학 재료용 조성물로 제조한 광학 렌즈는, 굴절율이 높고 투과율이 높아 양질의 광학 렌즈로 사용되기에 적합하다.
T-1: 제 1 탱크, T-2: 제 2 탱크, T-3: 제 3 탱크,
R-1: 반응기, D-1: 제 1 증류기, D-2: 제 2 증류기,
C-1: 제 1 콘덴서, C-2: 제 2 콘텐서, C-3: 제 3 콘덴서,
S-1: 제 1 스크러버, S-2: 제 2 스크러버,
G-1: 투시창, V-1: 용매 회수기

Claims (15)

  1. 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계;
    반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계;
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계; 및
    상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계를 포함하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계에서,
    상기 반응용액이 투명한 연갈색을 나타내는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계에서,
    상기 반응용액이 CIE-LAB 색좌표에서 45 내지 60의 L* 값, 3 내지 15의 a* 값, 및 15 내지 30의 b* 값을 갖는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계에서,
    상기 반응용액이 550 nm 파장의 광에 대해 70% 이상의 투과율 및 10% 이하의 헤이즈를 갖는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응 단계가
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계와 동시에 수행되는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도에 따라 반응 당량, 반응 온도, 또는 반응 시간을 조절하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도에 따라 반응 종료 시점을 결정하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응 종료 시점이 상기 반응용액이 투명한 연갈색으로 변한 시점 이후인, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기가 투시창(sight glass)을 구비하고,
    상기 반응용액의 색상 및 투명도의 측정이 상기 투시창을 통해 수행되는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기가 1단 이상의 콘덴서와 연결되고,
    상기 반응기 내에서 발생한 가스가 상기 1단 이상의 콘덴서로 이송된 후,
    상기 가스 중에 존재하는 상기 제 2 유기 용매가 응축되어 상기 반응기로 회수되는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 1단 이상의 콘덴서는 제 1 스크러버 및 제 2 스크러버와 연결되고,
    상기 반응기로부터 상기 1단 이상의 콘덴서로 이송된 가스가 염화수소 가스 및 포스겐 가스를 포함하며,
    상기 제 1 스크러버가 상기 염화수소 가스를 물에 용해시켜 수용액을 생성하고, 상기 제 2 스크러버가 상기 포스겐 가스를 NaOH 수용액에 의해 중화시키는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기가 1단 이상의 증류기와 연결되고,
    상기 반응용액이 상기 1단 이상의 증류기로 이송되며,
    상기 1단 이상의 증류기가 상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트 및 제 2 유기 용매를 분리하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 반응용액으로부터 분리된 제 2 유기 용매가 상기 메타크실릴렌디아민 염산염과 트리포스겐의 반응에 재활용되는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법이,
    상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계에서 발생되는 불순물을 상기 제 1 유기 용매와 함께 제거하는 단계;를 더 포함하는, 메타크실릴렌디이소시아네이트의 제조방법.
  15. 메타크실릴렌디아민을 염산 수용액과 제 1 유기 용매 중에서 반응시켜 메타크실릴렌디아민 염산염을 얻는 단계;
    반응기 내 상기 메타크실릴렌디아민 염산염을 트리포스겐과 제 2 유기 용매 중에서 반응시켜 반응용액을 얻는 단계;
    상기 반응용액의 색상 및 투명도를 측정하는 단계;
    상기 반응용액으로부터 메타크실릴렌디이소시아네이트를 얻는 단계; 및
    상기 메타크실릴렌디이소시아네이트를 티올 또는 에피설피드와 혼합하고 몰드에서 중합 및 경화시키는 단계를 포함하는, 광학 렌즈의 제조방법.
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