KR102191949B1 - 안경렌즈용 하드코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (A) 오르가노실란 100중량부; (B) 무기졸 5 내지 30중량부; (C) 하이드록시프로필셀룰로오스 0.5 내지 10 중량부; (D) 포토크로믹 화합물 0.5 내지 10중량부; 및 (E) 용매 50 내지 150중량부를 포함하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 내마모성과 열차단효과가 우수하고, 코팅 후 이물 불량과 백화현상이 발생하지 않아 공정성이 우수하고, 기재와의 밀착성이 우수하며, 저장안정성이 우수하다.

Description

안경렌즈용 하드코팅 조성물{HARDCOATING COMPOSITION FOR SPECTACLE LENS}
본 발명은 안경렌즈용 하드코팅 조성물에 관한 것이다.
플라스틱 렌즈는 광투과율이 좋고, 내충격성이 좋은 장점 때문에 유리 안경 렌즈의 대용품으로 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 플라스틱 렌즈는 낮은 표면 경도로 인해 스크래치에 약한 단점이 있으며, 이러한 스크래치에 약한 성질을 해소하기 위해 렌즈 표면에 하드 코팅막을 형성하는 것이 필수적이다.
예컨데, 미국특허등록 제5165992호에서는 에폭시 실란의 경화 촉매제로서 알루미늄 알콕사이드 또는 알루미늄 아세틸 아세톤을 사용하면서 메탄올 분산 실리카 졸을 필러로 첨가시킨 조성물을 안경렌즈용 하드코팅 조성물로 사용하는 기술을 개시하였다. 또한, 한국특허출원 제1998-0002185호에서는 위 기술을 기초로 수성알코올성 실리콘 분산액을 포함하는 기본 수지에 물성 조절을 위한 무기-유기 화합물 및 유기 첨가제를 배합하여 우수한 저장안정성, 내마모성, 착색성, 내용매성, 부착성, 내후성을 가지며, 특히 광학용 렌즈에서 간섭현상이 일어나지 않는 실록산계 하드코팅 조성물을 개시하고 있다. 그러나 실리콘 매트릭스와의 반응성이 떨어지는 구형의 수성-알코올성 실리카 분산 졸의 사용으로 인해 작업 시 나노 입자의 응집에 기인하는 이물불량, 60% 이상의 습도에서 발생되는 백화현상, 그리고 기재와 코팅층의 밀착력 저하 등의 문제점이 발생하였다. 뿐만 아니라, 가수분해, 축합 반응속도가 상당히 빠른 알루미늄 알콕사이드를 경화 촉매로 사용함으로써 최종 코팅층의 표면이 거칠게 형성되어 상대적으로 많은 양의 계면활성제를 사용하게 되는데 이는 기포 불량과 밀착력 저하를 일으키게 된다.
본 발명자는 코팅과정에서 분말 응집에 기인한 이물 불량이나 백화 현상이 전혀 없으며, 급격한 반응 속도를 제어하면서 코팅 작업이 용이하도록 점도 조절과 표면 평활성을 개선시킬 뿐만 아니라 내마모성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하고자 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내마모성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 열차단성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 기재와의 밀착성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 저장안정성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 코팅 후 이물불량이나 백화현상이 발생하지 않는 공정성이 우수한 하드코팅 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 (A) 오르가노실란 100중량부; (B) 무기졸 5 내지 30중량부; (C) 하이드록시프로필셀룰로오스 0.5 내지 10중량부; (D) 포토크로믹 화합물 0.5 내지 10중량부; 및 (E) 용매 50 내지 150중량부를 포함하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물에 관한 것이다.
또한, 상기 오르가노실란(A)은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 오르가노실란(a1) 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 오르가노실란(a2)를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
R 1 x Si(OR 2 ) 4-x
상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다,
[화학식 2]
R 3 y Si(OR 4 ) 4-y
상기 화학식 2에서 R3 는 R5OCH2C(R6O)-OCH2이며, R4는 탄소수 1 내지 6 의 알킬기이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기이고, R6는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, y는 0≤y<4의 정수를 나타낸다.
또한, 상기 제1 오르가노실란(a1)과 제2 오르가노실란(a2)은 1 : 2 내지 1 : 5의 중량비로 포함될 수 있다.
또한, 상기 무기졸(B)은 보헤아미트졸(b1) 및 티타니아졸(b2) 중 하나 이상을 포함하며, 상기 무기졸의 입자 크기는 5 내지 15nm일 수 있다.
또한, 상기 포토크로믹 화합물은 입자크기가 0.1㎛ 내지 20㎛인 스피로옥사진계 화합물일 수 있다.
또한, 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, iso-프로필알코올, 및 메틸셀루솔브로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하드코팅조성물은 계면활성제, 적외선 흡수제, 촉매, 안료, pH조절제, 및 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 계면활성제는 디메틸실록산, 폴리에테르 블록공중합체 또는 그라프트공중합체, 및 불소계 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 촉매는 인산, 황산, 염산, 질산, 개미산, 초산, 옥살초산, 시트르산, 및 올레인산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 내마모성과 열차단효과가 우수하고, 코팅 후 이물 불량과 백화현상이 발생하지 않아 공정성이 우수하고, 기재와의 밀착성이 우수하며, 저장안정성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안경렌즈의 단면도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 안경렌즈에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안경렌즈의 단면도를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안경렌즈(100)는 기재(110); 및 기재(110)의 일면에 형성된 하드코팅층(120)을 포함한다.
기재(110)로는 특별한 제한은 없으나, 우수한 내열성 및 낮은 열팽창율을 갖는 고내열성 플라스틱 기재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리에스테르 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 될 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
하드코팅층(120)은 기재(110)의 일면 상에 형성될 수 있다. 하드코팅층(120)은 안경렌즈용 하드코팅 조성물을 기재(110) 일면에 도포 후 경화시켜 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 하드코팅층(120)은 오르가노실란(A); 무기졸(B); 하이드록시프로필셀룰로오스(C); 포토크로믹 화합물(D); 및 용매(E)를 포함하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물로 형성될 수 있다. 이하, 안경렌즈용 하드코팅 조성물의 각 성분을 설명하면 다음과 같다.
(A) 오르가노실란
매트릭스 수지로서 사용되는 오르가노실란(A)은 제1 오르가노실란(a1)과 제2 오르가노실란(a2)을 포함한다.
제1 오르가노실란(a1)은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
R 1 x Si(OR 2 ) 4-x
상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
제1 오르가노실란(a1)으로는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 예시할 수 있다.
제2 오르가노실란(a2)은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
R 3 y Si(OR 4 ) 4-y
상기 화학식 2에서 R3 는 R5OCH2C(R6O)-OCH2이며, R4는 탄소수 1 내지 6 의 알킬기이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기이고, R6는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, y는 0≤y<4의 정수를 나타낸다.
제2 오르가노실란(a2)은 에폭시 관능성 오르가노실란이다. 에폭시 관능기는 조성물을 기재 상에 경화시킬 때, 유기 안료의 착색 또는 염색을 가능하게 하는 역할을 수행한다. 제2 오르가노실란의 예로는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 등을 예시할 수 있다.
제1 오르가노실란(a1) 및 제2 오르가노실란(a2) 화합물은 단량체 자체로서도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등과 같은 저급 알콜에 물을 첨가하여 가수분해 및 부분축합하여 사용하는 것이 바람직하다. 반응 용액 중의 고형분이 10 내지 70 중량부가 적당하며 바람직하게는 20 내지 60 중량부가 바람직하다. 고형분 농도가 10 중량부 이하 이면 최종 조성물의 농도가 너무 낮아 코팅층의 두께가 얇아지므로 내마모성이 저하되며 고형분 농도가 70 중량부 이상이면 용액의 저장 안정성이 저하된다. 제2 오르가노 실란으로 부터 선택된 단량체, 실란 가수분해물 및 축합체 용액은 반응 용액 중 고형분이 50 중량부 이하가 되도록 사용되며, 50 중량부 이상으로 사용될 경우에는 반응성이 너무 커서 최종 조성물의 저장 안정성이 급격히 저하될 수 있다.
상기 제1 오르가노실란(a1)과 제2 오르가노실란(a2)은 1 : 2 내지 1 : 5의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비 범위에서 우수한 내마모성 및 타 성분과의 상용성을 확보할 수 있다.
(B) 무기졸
무기졸은 보헤아미트졸(b1) 및 티타니아졸(b2) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
보헤마이트졸(b1)의 제조방법은 다음과 같다. 우선 보헤마이트졸의 전구체 1mol과 유기용제 2 내지 100mol을 용해시키고, 30 내지 95℃에서 1 내지 5시간 동안 가수분해 및 축중합반응을 진행시킨다. 여기에 촉매를 0.01 내지 1mol 첨가하고 다시 30 내지 95℃에서 3 내지 48시간 동안 반응시켜 결정형 보헤마이트졸을 제조한다.
보헤마이트졸의 전구체로는 알루미늄알콕사이드(aluminum alkoxides) 또는 알루미늄염(aluminum salt)을 사용할 수 있는데, 알루미늄알콕사이드는 알루미늄부톡사이드(aluminu, butoxide), 알루미늄에톡사이드(aluminum ethoxide), 알루미늄이소프로폭사이드(aluminum isopropoxide) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 알루미늄염은 염화알루미늄(aluminum chloride), 질산알루미늄(aluminum nitrate), 황산알루미늄(aluminum sulfate) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
티타니아졸(b2)의 제조방법은 크게 티타니아졸 형성단계와, 실란첨가단계와, 유기용제치환단계, 농축단계 및 수열합성단계로 이루어진다.
상기 티타니아졸 형성단계는 정제를 통해 수획된 고순도 티타늄 알콕사이드를 용매에 용해시키고, 가수 분해를 위해 정확한 몰비로 물을 첨가하여 30분 정도 상온에서 교반시킨 후, 다량의 해교용 용매를 더 첨가하여 50~95℃에서 열을 제어하면서 결정형 티타니아졸을 제조하는 것이다. 그리고, 상기 실란첨가단계는 상기 티타니아졸 형성단계에서 형성된 티타니아졸을 0~20℃의 반응조에서 글리시딜옥시프로필트리메톡시실란 등의 기능성 실란을 첨가하여 티타니아 입자 표면에 유기 반응기를 도입하여 분산안정성을 향상시키며, 유기물과의 하이브리드화가 가능하도록 하는 것이다. 그리고, 상기 유기용제치환단계는 상기 과정에서 첨가된 용매를 유기용제로 치환하고자 하는 것이며, 이는 티타니아졸의 분산 안정성을 더욱 높이고, 저장 안정성과 유기물과의 상용성을 극대화시키기 위한 것이다. 상기 유기용제치환단계에서의 유기용제로의 치환은 감압 또는 상압 하에서 기존의 용매를 제거한 후에 유기용제를 첨가하거나, 상기 티타니아졸에 유기용제를 첨가한 후에 감압 또는 상압 하에서 기존의 용매를 제거하여 유기용제로 치환시킨다. 그 다음, 상기 농축단계는 상기 유기용제치환단계를 거친 티타니아졸의 농도를 높이기 위하여 감압 증류를 통하여 농축화시키는 것이다. 그리고, 상기 수열합성단계는 수열합성공정을 통해 상기 농축단계를 거친 티타니아졸을 결정성이 높은 티타니아졸로 제조시키는 것이다.
상기 무기졸의 졸-겔 반응시 사용하는 유기용제는 탄소수 1 내지 5의 지방족 알코올, 예컨대 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, iso-프로필알코올, 메틸셀루솔브 등이 사용될 수 있다. 상기 유기용제는 졸-겔 반응에 요구되는 가수분해 및 축합 반응에 필수적이며 또한 초기의 발열 반응시 온도상승을 억제한다.
상기 무기졸의 입자 크기는 5 내지 15nm인 것이 바람직하다. 무기졸의 입자 크기를5nm 미만으로는 제조하기가 힘들며, 15nm를 초과할 경우 입자의 크기가 커서 이를 포함하여 제조되는 최종 조성물을 도포할 때 표면에 고르게 도포되지 못한다는 문제점과 코팅된 막의 투명도가 저하되는 문제점이 있다.
상기 무기졸은 오르가노실란(A) 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 5 중량부 미만일 경우에는 상대적으로 간섭이 심하게 일어날 수 있으며, 30 중량부를 초과할 경우에는 내마모성과 저장안정성이 저하될 수 있다.
(C) 하이드록시프로필셀룰로오스
하이드록시프로필셀롤로오스(hydroxypropyl cellulose)는 오르가노실란과 무기졸의 급격한 가수분해, 축합 반응 속도를 제어함으로써 치밀하면서도 유연한 망목구조를 형성하게 하여 기재와의 밀착성 및 표면 평활성 등을 향상시킬 수 있다.
하이드록시프로필셀롤로오스는 오르가노실란(A) 100중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 표면 평활성과 밀착성을 나타낼 수 있다.
(D) 포토크로믹 화합물
포토크로믹 화합물로는 내광성과 반복내구성이 우수하다는 점에서 스피로옥사진(Spirooxazine)계 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 스피로옥사진계 화합물은 자외선(320㎚ ~ 400㎚)에 의하여 발색하고 열이나 가시광선에 의해 원래대로 되돌아가는 특성을 갖는다.
상기 스피로옥사진계는 광변색성 안료로써 유기계와 무기계 광변색성 화합물로 구분되는데 이러한, 유기계 광변색 화합물은 색농도가 크고 색채가 선명하지만 광(光)에 불안정하다. 대표적인 유기계 광변색성 색소로는 크로몬(chromone), 스피로피란(spiropyran), 스피로옥사진(spirooxazine) 등이 있으며, 내광성, 내변색성에 대한 안정성이 우수한 스피로옥사진계 화합물이 주로 사용된다.
스피로옥사진계 화합물은 치환기의 종류에 따라 황색, 자색, 청색 등의 색상을 나타내고, 이들을 조합하여 여러 가지 색을 만들어 낼 수 있다. 스피로옥사진계 색소는 고체 상태에서는 발색하지 않고, 용매 또는 고분자와 같은 매개체 중에서 300㎚ 근처의 빛을 받으면 무색에서 다양한 색상으로 변화된다.
본 발명의 일 구체예로서, 오르가노실란 매트릭스 수지에 충분한 분산성을 확보하고 빛의 조절에 따라 포토크로믹 현상이 발휘될 수 있도록 실란화합물로 표면처리된 스피로옥사진계 화합물을 사용할 수 있다.
스피로옥사진계 화합물의 표면처리방법으로는 스피로옥사진화합물에 유기실란을 투입한 후 이를 20 내지 80℃에서 1 내지 72시간 동안 교반시켜 입자의 표면을 친수성에서 소수성으로 표면처리할 수 있다. 여기서 표면처리를 위해 사용된 유기실란은 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리페닐메톡시실란(trimethoxyphenylsilane), 페닐프로필트리메톡아미노프로필트리에톡시실란 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
아울러 포토크로믹 화합물의 입자크기는 0.1㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다. 입자크기가 0.1㎛ 미만이면 안료가 재응집될 가능성이 높고, 입자크기가 20㎛를 초과하면 작업성이 저하될 수 있다.
상기 포토크로믹 화합물은 오르가노실란(A) 100중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 포토크로믹성과 열차단효과를 나타낼 수 있다.
(E) 용매
본 발명의 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 통상적으로 알코올류, 셀로솔브류 등의 유기용제에 희석하여 사용될 수 있다. 이의 예로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 부탄올, 디아세톤알콜, 메톡시프로판올, 메틸셀로솔브, 에틸솔로솔브, 부틸셀로솔브, 셀로솔부아세테이트 등을 예시할 수 있다.
상기 용매는 오르가노실란 100중량부에 대하여 50 내지 150중량부로 포함될 수 있다.
(F) 첨가제
본 발명의 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 촉매, 계면활성제, 적외선 흡수제, 안료, pH조절제, 부착증진제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 저장안정성 및 내마모성 등의 제반 물성을 고려하여 그의 pH 및 반응속도를 조절하는 것이 필요하다. 이와같은 목적으로 촉매를 사용하게 되는데 그의 예로는 무기산 촉매 계열인 인산, 황산, 염산, 질산 등과 유기산 촉매 계열인 개미산, 초산, 옥살초산, 시트르산, 올레인산 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 부착증진제로서 인산칼슘, 인산암모늄, 인산마그네슘, 인산알미늄과 같은 pH가 산성인 금속 인산염을 사용할 수 있다.
일 구체예로서, 하이드록시프로필셀롤로오스는 도포성을 향상시키기 위하여 계면활성제와 함께 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는 디메틸실록산, 폴리에테르 블록공중합체 또는 그라프트공중합체, 불소계 계면활성제 등을 사용할 수 있다.
일 구체예로서, 적외선 흡수제로는 무기 재료, 산화물 재료, 금속산화물 재료, 또는 유전체 물질을 포함할 수 있다. 특히, 적외선 흡수제는 가시광선 영역에서 높은 투명성을 보이는 것이 바람직하다. 예를 들면, 적외선 흡수제는 투명 전도성 산화물(TCO)을 포함할 수 있으며, 예로서 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 카드뮴 산화물, 또는 임의의 이들 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 포토크로믹화합물과 함께 적외선 흡수제를 사용하는 경우에는 보다 우수한 열차단효과를 나타낼 수 있다. 일 예로 상기 적외선 흡수제는 상기 포토크로믹화합물과 1 : 1 내지 1 : 5의 중량비로 포함되는 경우 우수한 열차단효과를 나타낼 수 있다.
적외선 흡수제는 실질적으로 순수한 금속산화물 또는 불순물을 가지는 금속산화물을 포함한다. 불순물은 도펀트를 포함한다. 도펀트는 플라즈마 파장을 적외선 흡수에 적합한 더욱 작은 파장으로 이동시킴으로써 적외선 흡수를 개선시킨다. 적합한 도펀트 예시로는 알루미늄, 갈륨, 인듐, 주석, 마그네슘, 안티몬, 불소, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다. 예를들면, 적외선 흡수제로서 사용 가능한 적합한 도핑된 금속산화물은 알루미늄-도핑된 아연 산화물(AZO), 인듐-도핑된 아연 산화물(IZO), 갈륨-도핑된 아연 산화물(GZO), 주석-도핑된 인듐 산화물(ITO), 안티몬-도핑된 주석 산화물(ATO), 불소-도핑된 주석 산화물(FTO), 인듐-갈륨 공동-도핑된 아연 산화물(IGZO), 또는 임의의 이들 조합을 포함한다.
금속산화물에 포함되는 도펀트 함량은 도핑되는 금속산화물, 사용되는 도펀트, 및 도펀트의 소망 효과에 따라 달라진다. 일반적으로, 도펀트가 사용된다면, 도펀트는 금속산화물 중에 적어도 0.05중량%, 적어도 0.1중량%, 적어도 0.5중량%, 또는 적어도 1중량%로 존재한다. 그러나, 과량의 도펀트는 적외선 흡수 재료 효과를 감소시킬 수 있다.
상기 첨가제는 오르가노실란 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 하드코팅층의 기계적 물성 저하 없이 목적하는 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 안경렌즈용 하드코팅 조성물은 일반용, 중굴절, 고굴절 플라스틱 광학제품 뿐만 아니라 PVC등의 다양한 플라스틱 기재에 도포하여 열처리 및 경화과정을 거쳐 고경도의 하드코팅층을 얻을 수 있다. 코팅방법으로는 침적 또는 스프레이 코팅이 바람직하게 사용될 수 있다. 경화조건은 배합비나 성분에 따라 다소 차이가 있으나 일반적으로 기재의 연화점 미만의 온도(60~250℃)에서 20분 내지 수시간 경화함으로써 목적하는 물성의 하드코팅층을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
실시예 1-2 및 비교예 1-3
실시예 1
250L 자켓 반응기(Jacket Reactor)에 메틸트리메톡시실란(a1) 110g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(a2) 380g, 메탄올 256g, 하이드록시프로필세롤로우스 3.8g 첨가 시킨다. 여기에 자체 합성한 입자크기 10nm의 보헤마이트 졸(고형분 함량 20wt%, 이소프로필알코올 분산)을 55g 투입시켜 다시 3시간을 교반한다. 이후 프로필렌글리콜모노메틸에테르 155g 및 유기실란으로 표면처리된 입자크기 10㎛인 스피로옥사진 5g을 투입시킨 후 반응 온도를 25℃로 유지하며 교반하여 안경렌즈용 하드코팅 조성물을 제조하였다. 안경용 일반 렌즈(CR-39)를 가성소다 10% 용액에 10분간 에칭한 다음 상기 제조된 하드코팅 조성물에 침적시켜 안경렌즈에 하드코팅 조성물을 코팅시켰다. 코팅 후 110℃에서 1시간 동안 경화시켜 하드코팅층을 형성시킨 후 하기 물성방법에 따라 물성을 측정한 후 하기 표 1에 결과값을 나타내었다.
실시예 2
250L 자켓 반응기(Jacket Reactor)에 메틸트리메톡시실란(a1) 110g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(a2) 380g, 및 하이드록시프로필세롤로우스 3.8g 첨가 시킨다. 여기에 pH 2.5 초산 수용액 90g을 넣고 약 1시간 교반 후 3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 티타니아졸(고형분 함량 20wt%, 이소프로필알코올 분산)을 105g 첨가시켜 다시 2시간 반응시킨 다음 이소프로필알코올 155g및 스피로옥사진 5g을 투입한 후 반응 온도를 25℃로 유지하며 교반하여 안경렌즈용 하드코팅 조성물을 제조하였다. 안경용 고굴절 렌즈(MR-6)를 가성소다 10% 용액에 10분간 에칭한 다음 상기 제조된 하드코팅 조성물에 침적시켜 안경렌즈에 하드코팅 조성물을 코팅시켰다. 코팅 후 110℃에서 1시간 동안 경화시켜 하드코팅층을 형성시킨 후 하기 물성방법에 따라 물성을 측정한 후 하기 표 1에 결과값을 나타내었다.
비교예 1
250L 자켓 반응기(Jacket Reactor)에 메틸트리메톡시실란(a1) 110g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(a2) 380g, 메탄올 146g, 하이드록시프로필세롤로우스 3.8g, 및 알루미늄 이소프로폭사이드 7.3g을 투입시켜 약 5분간 교반하고 여기에 pH 2.5 초산 수용액 90g을 넣고 약 3시간 교반 후 프로필렌글리콜모노메틸에테르 145g을 첨가한다. 이후 메탄올로 분산된 MA-8T(30중량% 니산화학사)을 250g 첨가하고 반응 온도를 25℃로 유지하며 약 1시간 동안 교반하여 안경렌즈용 하드코팅 조성물을 제조하였다. 안경용 일반 렌즈(CR-39)를 가성소다 10% 용액에 10분간 에칭한 다음 상기 제조된 하드코팅 조성물에 침적시켜 안경렌즈에 하드코팅 조성물을 코팅시켰다. 코팅 후 110℃에서 1시간 동안 경화시켜 하드코팅층을 형성시킨 후 하기 물성방법에 따라 물성을 측정한 후 하기 표 1에 결과값을 나타내었다.
비교예 2
250L 자켓 반응기(Jacket Reactor)에 메틸트리메톡시실란(a1) 110g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(a2) 380g, 메탄올 146g, 하이드록시프로필세롤로우스 3.8g, 및 티타늄 복합산화물 분산액(HIT-30M, 30%, 메탄올분산 5~20nm, 니산화학사) 250g을 투입시켜 약 5분간 교반하고 여기에 pH 2.5 초산 수용액 90g을 넣고 약 3시간 교반 후 프로필렌글리콜모노메틸에테르 145g을 첨가한다. 이후 메탄올로 분산된 MA-8T(30중량% 니산화학사)을 250g 첨가하고 반응 온도를 25℃로 유지하며 약 1시간 동안 교반하여 안경렌즈용 하드코팅 조성물을 제조하였다. 안경용 고굴절 렌즈(MR-6)를 가성소다 10% 용액에 10분간 에칭한 다음 상기 제조된 하드코팅 조성물에 침적시켜 안경렌즈에 하드코팅 조성물을 코팅시켰다. 코팅 후 110℃에서 1시간 동안 경화시켜 하드코팅층을 형성시킨 후 하기 물성방법에 따라 물성을 측정한 후 하기 표 1에 결과값을 나타내었다.
비교예 3
하드코팅 조성물의 성분으로 하이드록시프로필세롤로우스를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 하드코팅층을 형성시킨 후 하기 물성방법에 따라 물성을 측정한 후 하기 표 1에 결과값을 나타내었다.
물성측정방법
저장안정성 : 25℃에서 밀폐시켜 저장했을 때 물성이 급변하는 시간을 측정한다.
내마모성 : #000 스틸올을 0.5㎏의 해머에 묶어 렌즈에 30회 문질러서 긁힘이 없는 것을 1등급, 조금 있는 것을 2등급, 심한 것을 3등급으로 평가한다.
부착성 : ASTM D3359에 의거 피막에 1㎜ 간격으로 칸을 그어 100칸을 만든 후 일본 니치반社의 폭 24㎜의 셀로판테이프를 이용하여 5회 박리 테스트를 행하여 박리되지 않은 칸 수를 세어서 판정한다. 10%의 끊는 소금물에 30분간 담근 후 평가한다.
경도 : 본 피복 조성물을 고굴절 평판에 침적 피복한 후 경화시켜 연필 경도계를 사용하여 측정한다.
백화현상 : 본 피복 조성물을 습도 70%에서 침적 코팅한 후 경화시키지 않고 대기중에 장시간 방치하여 백화 발생여부를 판정한다. (백화현상이 없는 경우: O, 백화현상이 있는 경우: △, 백화현상이 심한 경우: X )
이물불량 : 본 피복 조성물을 상온에서 3달간 교반한 후 0.5㎛실린즈 필터를 사용하여 피복 조성물의 이동 속도를 비교함으로서 입자의 응집 정도를 비교 평가한다. (이물불량이 없는 경우: O, 이물불량이 있는 경우: △, 이물불량이 심한 경우: X )
생산수율 : 실제의 생산 라인에서 1달간 라인 테스트를 거쳐 불량 등을 제외한 양품의 백분율을 계산한다.
[표 1]
Figure 112019111499234-pat00001
상기 표 1의 결과값에서 보듯이 무기졸과 하이드록시프로필셀룰로오스를 동시에 사용한 실시예 1-2의 하드코팅조성물로 형성된 하드코팅층은 내마모성과 부착성이 우수하고 이물불량이나 백화현상이 전혀 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 무기졸을 사용하지 않은 비교예 1-2의 하드코팅조성물로 형성된 하드코팅층이나 하이드록시프로필셀룰로오스를 사용하지 않은 비교예 3의 하드코팅조성물로 형성된 하드코팅층은 내마모성과 부착성이 저하되고 이물불량이나 백화현상이 발생한 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. (A) 오르가노실란 100 중량부;
    (B) 보헤마이트졸 5 내지 30 중량부;
    (C) 하이드록시프로필셀룰로오스 0.5 내지 10 중량부;
    (D) 포토크로믹 화합물 0.5 내지 10 중량부;
    (E) 용매 50 내지 150 중량부; 및
    (F) 계면활성제 1 내지 15 중량부를 포함하고,
    상기 오르가노실란(A)은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 오르가노실란(a1) 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 오르가노실란(a2)을 1 : 2 내지 1 : 5의 중량비로 포함하며,
    상기 계면활성제(F)는 디메틸실록산, 폴리에테르 블록공중합체 또는 그라프트공중합체, 및 불소계 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물;
    [화학식 1]
    R1 xSi(OR2)4-x
    상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 ~ 10의 알킬기, 탄소수 6 ~ 10 의 아릴기 또는 탄소수 3 ~ 10의 알케닐기이고, R2는 탄소수 1 ~ 6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다,
    [화학식 2]
    R3 ySi(OR4)4-y
    상기 화학식 2에서 R3 는 R5OCH2C(R6O)-OCH2이며, R4는 탄소수 1 내지 6 의 알킬기이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기이고, R6는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, y는 0≤y<4의 정수를 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보헤아미트졸의 입자 크기는 5 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포토크로믹 화합물은 입자크기가 0.1㎛ 내지 20㎛인 스피로옥사진계 화합물인 것을 특징으로 하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, iso-프로필알코올, 및 메틸셀루솔브로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    적외선 흡수제, 촉매, 안료, pH조절제, 및 부착증진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하고,
    상기 적외선 흡수제는 알루미늄-도핑된 아연 산화물(AZO), 인듐-도핑된 아연 산화물(IZO), 갈륨-도핑된 아연 산화물(GZO), 주석-도핑된 인듐 산화물(ITO), 안티몬-도핑된 주석 산화물(ATO), 불소-도핑된 주석 산화물(FTO), 및 인듐-갈륨 공동-도핑된 아연 산화물(IGZO)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
    상기 촉매는 인산, 황산, 염산, 질산, 개미산, 초산, 옥살초산, 시트르산, 및 올레인산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 안경렌즈용 하드코팅 조성물.
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