KR102250103B1 - 세척이 용이한 코팅 - Google Patents

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Abstract

세척이 용이한 코팅, 김서림-방지 속성, 및 세척이 용이한, 반사-방지 코팅을 가지는 세척이 용이한 코팅.

Description

세척이 용이한 코팅 {EASY-CLEAN COATING}
관련 출원
본 출원은 2014년 2월 12일자, 발명의 명칭이 김서림 -방지 속성을 가지는 세척 가능한 코팅인 미국 가출원번호 제 61/939,147호, 및 2014년 2월 27일자, 발명의 명칭이 세척이 용이한 반사 방지 코팅인 미국 가출원번호 제 61/945,676호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌 모두는 그 전체가 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 광학 코팅 및, 더욱 구체적으로, 세척이 용이한, 김서림-방지 및/또는 반사-방지 광학 코팅에 관한 것이다.
발명의 배경
하나의 기능성 코팅 또는 하나 이상의 기능성 코팅은 물품의 표면에 하나 이상의 속성 또는 특성을 부여하기 위하여 물품의 표면에 도포될 수 있다. 부여된 그러한 속성 또는 특성은 색상, 광택, 반사도, 내마모성, 광학 투명도, 발수성, 김서림에 대한 내성, 반사 방지도, 오염에 대한 내성, 및 세척의 용이함을 포함할 수 있다. 이러한 다양한 속성들 가운데, 세척의 용이함(ease of cleaning) 또는 용이한 세척(easy-cleaning)의 표면 속성 또는 특성은 광학 및 비-광학 관련 산업을 포함하는 다양한 산업에 걸쳐 잠재적으로 폭넓게 응용될 수 있다.
표면 상에, 용이하게 세척 가능한 코팅 또는 속성을 제조하기 위해 사용되는 현재의 기술은 종종, 모두 소수성 및 소유성인, 코팅의 도포 또는 표면 처리를 포함한다. 통상적으로, 기능성 코팅이 오일 및 물 모두를 밀어내는 것이 바람직하게 고려됨에 따라, 시장 내에서 이러한 특성은 세척성에 대한 벤치마크로서 여겨진다. 공교롭게도, 기본적인 시장 조사는 현재의 세척이 용이한 코팅 기술이 시장에 의해 예상되는 수준 또는 기술 분야 내 문헌에 의해 지시된 수준으로 수행하지 않음을 보여준다.
현재의 세척이 용이한 코팅 기술은 주로 물 및 오일 모두에 대한 가능한 최대의 접촉각(wetting angle) 달성에 대하여 집중되며, 이는 물 및 오일에 대한 높은 접촉각 및 얼룩, 지문에 대한 표면 내성과 세척의 용이함 사이에 상관관계가 형성되기 때문이다. 이러한 표적 습윤 성능의 기초는 현재 세척이 용이한 코팅 표면 에너지가 가능한 낮도록, 예로써 테프론과 같은 물질의 것보다 아래인 또는 대략 제곱 미터당 17-21 밀리줄 이하가 되도록 하는 목적에 적합하다. 일반적으로, 내구력이 있으며 제조 가능한 코팅 시스템에서는 오일성 물질의 완전한 비-습윤성이 달성되지 않기 때문에, 이러한 유형의 코팅은 세척과 관련하여 우수하게 수행하지 않는다. 그 대신에, 현재의 코팅 상에 있어서 오일성 물질의 고유의 부분적인 습윤성은, 세척이 시도된 이후, 얇은 막의 오일 또는 먼지가 남아 작은 방울로 존재하는 경우, 실제로 얼룩진 외관이 형성됨을 강화시킨다. 작은 방울의 존재는 빛의 산란을 통해 흐릿한 외관을 형성한다.
광학 기반의 산업에서, 용이한 세척의 속성 또는 특성과 다른 기능적 속성 또는 특성, 예를 들어, 김서림-방지(anti-fogging)를 조합하는 것이 보통 바람직하다. 그러나, 물 방울은 이들을 부분적으로 비-습윤 상태로 부착시켜 빛의 산란을 통해 김서림의 외관을 형성할 수 있기 때문에, 현재 세척이 용이한 코팅의 고유의 소수성은 김서림 내성에 있어서 이들을 실현 가능하지 않도록 한다.
현재 김서림-방지 코팅은 전형적인 세척 가능한 코팅 시스템과 비교하여 상이한 기술을 활용한다. 김서림의 메커니즘은 가시 광선을 산란시키는 작은 물방울의 형성을 포함하기 때문에, 물이 표면을 완전히 습윤시키도록 하는 코팅 시스템은 이러한 효과를 제거한다. 다수의 김서림-방지 기술은 김서림에 대한 단수명의 내성을 야기하는 물품의 표면 상에 계면 활성제의 침착에 의존하며, 이는 레이어가 사용 조건 하에서 상당히 일시적이기 때문이다. 가장 흔한 표면 세척의 작용은 김서림-방지 속성을 제거하기에 충분하다.
다른 기술은 대개 영구적인 친수성을 가지는 물질로 구성된 친수성 코팅 레이어를 사용한다. 그러나, 이러한 유형의 코팅은 보통 내구성이 없으며, 마모가 존재하는 적용에서는 사용될 수 없다. 게다가, 상업적으로 입수 가능한 친수성 김서림-방지 코팅은, 이들 고유의 표면 에너지 속성에 기초하여, 그 자체가 세척 가능함에 필수적으로 적합하지 않다. 따라서, 현재 코팅은 세척하기 용이하거나, 또는 김서림-방지 속성을 가지는 것으로 시판된다. 이것은, 내구력이 있으며 제조 가능한 방법으로 양자의 속성을 조합한 코팅 시스템이 부재하기 때문이다.
광학 기반의 산업에서, 세척의 용이함의 속성 또는 특성과 반사 방지도와 같은 기능적 속성 또는 특성의 조합하는 것 또한 바람직하다. 예를 들어 안과용 제품 사용을 위한, 예를 들어, 현재 세척이 용이한, 반사-방지 코팅은 전형적으로 제1 기판, 예로써 코팅되지 않은 렌즈 또는 다른 기판 재료, 선택적 하드-코팅 시스템, 및 세척이 용이한 속성을 제공하도록 의도된, 소수성 또는 초소수성 상단 또는 최외곽 레이어가 부여된 반사-방지 코팅 시스템으로 구성된다. 이러한 상단-기능성 코팅은 전형적으로 물 및 오일과 같은 물질의 탈수 거동을 부여하는 실리카 및 퍼플루오로실릴 화학적 그룹을 포함한다. 낮은 겉보기 표면 에너지를 가지는 이러한 표면으로부터 오일과 같은 물질의 탈수는 시중의 세척이 용이한 속성 및/또는 현재 안과 산업 표준화된 시험을 사용하여 테스트되도록 현재 고려되는 것이다. 그러한 세척이 용이한, 반사-방지 시스템 또는 코팅은 시장에 의해 예상되는 수준 또는 기술 분야 내 문헌에 의해 지시된 수준으로 수행하지 못한다.
그러므로, 물품의 표면에 효과적인 세척이 용이한 속성을 단독으로, 및 바람직한 표면 속성을 부여하는 다른 기능성 코팅 또는 코팅 시스템과 조합으로 부여하는 코팅 및 코팅 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 목적 및 요약
본 발명은 물품의 표면에 효과적인 세척이 용이한 속성을 단독으로, 및 바람직한 표면 속성을 부여하는 다른 기능성 코팅 또는 코팅 시스템과 조합으로 부여하는 코팅 및 코팅 시스템을 제공한다. 다음을 포함하는 안과용 물품을 제공함으로써 상기 및 기타 목적이 부분적으로 달성된다: 제1 표면을 가지는 기판; 다수의 굴절 레이어, 복수의 굴절 레이어의 최초는 상기 제1 표면 상에 직접 침착되고, 복수의 굴절 레이어의 최종은 제2 표면을 형성함; 및 대략 제곱 미터당 30 내지 90 밀리줄의 범위의 표면 에너지를 가지는, 제2 표면에 침착된 상단 레이어; 안과용 물품은 오직 상단 레이어가 제2 표면에 침착된 이후, 589 나노미터의 파장에서 대략 1.40 내지 1.49의 범위의 굴절률을 가짐.
다음의 단계를 포함하는, 세척이 용이한, 반사-방지 속성을 가지는 안과용 물품 제조 방법을 제공함으로써, 상기 및 기타 목적이 또한 부분적으로 달성된다: 안과용 물품의 표면 상에 다수의 굴절 레이어를 형성하는 단계; 상기 복수의 굴절 레이어 상에, 대략 제곱 미터당 30 내지 90 밀리줄의 범위의 경화된 표면 에너지를 가지는 실레인(silane)-기반의 레이어를 도포하는 단계; 및 상기 복수의 굴절 레이어 상에 실레인-기반의 레이어를 도포하는 상기 단계를 통하여, 안과용 물품에 589 나노미터의 파장에서 대략 1.40 내지 1.49 범위의 굴절률을 부여하는 단계.
다음을 포함하는, 표면 상에 세척이 용이한 속성을 부여하는 코팅을 제공함으로써, 상기 및 기타 목적이 또한 부분적으로 달성된다: 대략 2 내지 100 나노미터 범위의 직경 및 대략 제곱 미터당 30 내지 90 밀리줄의 범위의 표면 에너지를 가지는 기공을 포함하는 경화된 표면.
본 발명의 구체예가 가능한 상기 및 기타 양태, 특징 및 이점은 첨부하는 도면을 참조하여 다음의 본 발명의 구체예의 설명으로부터 명백해지며, 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 기판의 투시도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅 용액의 요소의 용액 중량 퍼센트를 나타내는 표이다.
도 10은 코팅 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅을 가지는 및 가지지 않는 광학 물품의 반사율 데이터의 그래프이다.
도 11은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 렌즈에 대한 색상 데이터를 나타내는 표이다.
도 12는 종래의 코팅된 렌즈와 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 렌즈의 비교를 나타내는 표이다.
도 13은 종래의 코팅된 렌즈와 본 발명의 하나의 구체예에 따른 코팅된 렌즈의 비교를 나타내는 그래프이다.
구체예의 설명
본 발명의 상세한 구체예는 이제 첨부하는 도면을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 명세서에 기재된 구체예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다; 오히려, 이러한 구체예가 제공되어 본 개시가 철저하고 완성될 수 있을 것이며, 당업자에게 본 발명의 범위를 전달할 수 있을 것이다. 첨부 도면에 도시된 구체예의 상세한 설명에서 사용되는 용어들은 본 발명을 한정하도록 의도된 것이 아니다. 도면에서, 동일한 숫자는 동일한 요소를 지칭한다. 입자 크기는 언급된 단위의 직경 측정으로 주어진다.
포괄적으로 말하자면, 본 발명은 물품의 표면, 예를 들어, 공기 조화 시스템, 의류, 및 식품 가공 기기의 표면에, 및 광학-기반의 물품의 표면, 예컨대 안과용 렌즈, 창문, 렌즈 커버 및 보호용 쉴드의 표면에 내구성 있는, 세척이 용이한 속성을 부여하는 코팅 및 코팅 시스템을 제공한다. 본 발명의 특정 구체예에서, 발명의 세척이 용이한 코팅은, 표면 상에 추가적인 속성 및 특성, 예컨대 색상, 광택, 반사도, 내마모성, 광학 투명도, 발수성, 김서림에 대한 내성, 및 반사 방지도를 부여하기 위해, 다른 기능척 처리, 코팅, 및/또는 코팅 시스템과 조합된다. 본 발명의 세척이 용이한 코팅 또는 레이어가 도포될 수 있는 표면을 가지는 기판 또는 물품은 유리, 플라스틱, 금속, 도장 또는 착색된 표면, 및 세척성이 요구되는 다른 물질을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 특정 구체예에서, 세척이 용이한 코팅 또는 레이어는 실리콘 다이옥사이드 또는 아래 기재된 영구적인, 실질적으로 영구적인, 또는 오래 지속되는 표면 에너지론 및 표면 기공 크기를 가지는, 일부 다른 적절한 물질을 포함한다.
본 발명의 하나의 구체예에서, 세척이 용이한 코팅 또는 레이어를 2-단계 공정으로 합성한다. 제1 단계에서, 알코올, 하나 이상의 실레인, 및 물이 함께 혼합된다. 혼합 기간 이후, 가수 분해로 인하여 부분적으로 3 내지 20 나노미터 범위의 입자를 형성한다. 특정 구체예에서, 원하는 만큼 제1 혼합물을 희석하기 위하여 추가적인 알코올 또는 알코올의 복합물이 추가된다. 이후 일정 기간 동안 제1 혼합물을 가열되어 준안정상태의(metastable) 졸을 생성하며, 이는 대략 20 내지 30 나노미터 범위의 크기를 가지는 전술한 입자, 물, 알코올, 부분적으로 가수 분해된 실레인, 및 올리고머의 실레인 종으로 구성된다.
입자 크기의 제어는 코팅의 기계적 무결성에 직접적으로 관련된다. 더 큰 입자 크기는 입자의 하중-지지 부분을 효과적으로 감소시켜, 최종 코팅의 기계적 무결성을 감소시킨다. 본 발명의 중요한 양태인, 더 작은 입자 크기를 위한 제어는 아래 추가로 기재된, 더 작은 효과적인 기공 크기를 야기한다.
특정 구체예에서, 적어도 하나의 높은 표면 장력을 감소시키는 계면 활성제/작용제가 제1 혼합물에 첨가된다. 높은 표면 장력을 감소시키는 계면 활성제/작용제는 예를 들어, 실리콘-함유 표면 첨가제 예컨대 폴리에터 변성 폴리다이메틸실록세인, 예를 들어, BYK333 (BYK Additives and Instruments) 또는 용매형 코팅 시스템에 적절한 다른 실리콘-함유 표면 첨가제일 수 있다.
특정 구체예에서, 사용되는 하나 이상의 실레인은, 예를 들어, 테트라메틸 오쏘실리케이트 (TMOS) 및/또는 3-글리시독시프로필트리메톡시실레인 (GPTMS)이다. 특정 구체예에서, 이러한 실레인은 TMOS:GPTMS가 대략 1:1 내지 19:1 또는 대략 4:1 내지 3:2 범위인 몰비로 조합된다. TMOS:GPTMS의 몰비는 발명의 코팅의 내구력 및 표면 에너지 요소를 최적화하도록 직접적으로 및 선택적으로 조작될 수 있다.
제1 혼합물에서, 물은 실레인의 전체 몰에 대한 몰비로, 즉, 물:실레인이, 대략 1:1 내지 11:1의 범위 또는 대략 2:1 내지 4:1의 범위로 첨가된다. 물:실레인의 몰비는 실레인의 가수 분해를 최적화하고 GPTMS에 존재하는 옥사이드 그룹의 개방을 방지하도록 직접적으로 및 선택적으로 조작될 수 있다. 특정 구체예에서, 가수 분해는 산 또는 염기 촉매의 존재 없이, 선택적으로 수행된다. 이러한 반응식은 표면 하이드록실 및 글리시독시프로필 그룹으로 부여된 입자의 형성을 지지한다. 특정한 적용에 있어서, 일반적으로 친수성 입자 작용기가 바람직하다.
제1 혼합물에서, 알코올은 실레인의 전체 볼에 대한 비율이, 즉, 알코올:실레인이, 대략 2:1 내지 6:1의 범위로 존재한다. 제1 혼합물에 사용되는 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 또는 아이소프로판올을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 제1 혼합물 내 알코올의 선택은 전형적으로 알콕시 실레인으로부터 유도된 알코올에 의존한다.
본 발명의 특정 구체예에서, 2-단계 합성 공정의 제2단계에서, 제2 혼합물이 제1 혼합물의 일부와 추가적인 알코올 또는 알코올들을 조합함으로써 형성된다. 제2 단계 또는 혼합물은 코팅 용액의 후속 건조 동안 증발 및 표면 장력 구배 거동 조절을 조성한다. 제2 혼합물에 사용된 알코올은 선택적으로 제1 혼합물에 사용된 알코올과 동일하고, R이 메틸, 에틸, 프로필, 또는 아이소 프로필 그룹이지만, 바람직하게 메틸 그룹인, 일반식 R-OH을 가지는 알코올로부터 선택된다. 제1 혼합물은 약 5 내지 80 부피 퍼센트, 10 내지 45 부피 퍼센트, 또는 10 내지 30 부피 퍼센트의 농도로 희석된다.
특정 구체예에서, 제2 혼합물은 대략 40 내지 80 섭씨 온도의 범위, 또는 대략 50 내지 60 섭씨 온도의 범위의 온도로 가열된다. 제2 혼합물의 가열은 제1 혼합물이 제조될 때 일어나는 가수 분해 동안 형성된 실란올의 축합 반응을 가능하게 한다. 일부 가수 분해가 지속될 수 있지만, 가수 분해된 실레인의 축합 반응이 우세한 공정이다.
특정 구체예에서, 제2 혼합물은 최종 입자 크기에 의해 결정되는 바와 같이, 원하는 정도의 반응을 획득하기에 필요한 시간 동안 가열되고, 예를 들어, 제2 혼합물은 대략 12 내지 72 시간의 동안 가열된다. 특정 구체예에서, 제2 혼합물은 예를 들어, 대략 55 섭씨 온도의 온도에서 72 시간 동안 가열된다. 가열 이후, 용액은 대략 20 내지 30 나노미터 범위의 입자를 포함한다. 가열 이후 용액의 고체 함유량은 중량으로 대략 2 내지 5 퍼센트이다.
특정 구체예에서, 저장 수명 고려 사항 위해 결과의 세척이 용이한 코팅 용액을 안정화 시키는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 바람직하게 강산, 예컨대 염산 (HCl), at 코팅 용액의 리터당 약 0.00001 내지 0.1 몰 HCl 범위의 농도, 또는 코팅 용액의 리터당 약 0.001 내지 0.05 몰 HCl 범위의 농도로의 선택적인 첨가에 의해 성취된다. 안정화하는 산은 바람직한 입자 크기 분포가 형성된 이후 첨가된다.
특정 구체예에서, 코팅 두께 및 결과의 세척이 용이한 코팅 용액의 균일성의 제어는 제2 혼합물의 희석, 유동 변성제(flow modifier)의 첨가, 또는 이의 조합에 의해 달성된다. 두께 및 코팅 균일성의 최적의 제어를 위해, 중량으로 고체 함유량의 바람직한 농도는 대략 0.5 내지 2.0 퍼센트의 범위, 또는 대략 0.65 내지 1.5 퍼센트의 범위이다.
특정 구체예에서, 유동 변성제 또는 변성제는 건조 공정 동안 코팅 용액의 표면 장력을 감소시키는 물질, 예를 들어 중간 내지 높은 표면 장력 감소제로부터 선택된다. 높은 표면 장력 감소제가 본 발명에 바람직하며, 코팅 용액의 중량에 대하여 대략 0.03 내지 0.13 퍼센트 중량 범위의 농도로 첨가된다. 유동 변성제는, 예를 들어, 실리콘-함유 표면 첨가제 예컨대 폴리에터 변성 폴리다이메틸실록세인, 예를 들어, BYK 333 (BYK Additives and Instruments) 또는 용매형 코팅 시스템에 적절한 다른 실리콘-함유 표면 첨가제일 수 있다. 특정 구체예에서, 코팅의 표면 슬립을 증가시키는 유동 변성제 사용을 피하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 합성의 환경 조건은 제어된다. 예를 들어, 합성은 대략 50 내지 80 화씨 온도의 범위, 대략 58 내지 78 화씨 온도의 범위, 또는 대략 65 내지 74 화씨 온도의 범위의 환경 온도에서 수행될 수 있다. 특정 온도에서의 상대 습도는 대략 8 내지 50 퍼센트의 범위, 또는 대략 36 내지 43 퍼센트의 범위내일 수 있다.
본 발명의 세척이 용이한 코팅 또는 레이어는 딥-코팅, 스핀-코팅, 플로우-코팅, 스프레이-코팅, 진공 코팅; 물리적 증착; 화학적 증착; 및 플라즈마 증착과 같은 방법에 의해 기판의 표면 상에 침착된다. 세척이 용이한 코팅 용액으로부터 기판이 인출되는 속도는 대략 초당 1 내지 10 밀리미터의 범위, 또는 대략 초당 2 내지 6 밀리미터의 범위이다.
세척이 용이한 코팅의 초기 적용 이후, 코팅 또는 레이어 내 포함된 용매는 증발되어 기판 또는 물품의 표면 상에 침착된 물질의 고체 레이어를 남긴다. 세척이 용이한 코팅 또는 레이어는 열적으로 경화되어, 존재할 수도 있는 임의의 잔여 용매를 제거하고 금속 알콕사이드, 예를 들어 실란올, 티탄올, 또는 다른 하이드록실 모이어티의 축합 반응을 포함하는 화학 반응을 개시한다. 경화는 주위 온도에서 대략 3 일을 비롯한; 대략 70 내지 130 섭씨 온도에서 대략 4 내지 8 시간의 범위; 대략 100 내지 130 섭씨 온도에서 대략 3 내지 8 시간의 범위; 및 대략 200 섭씨 온도에서 대략 2-12 분의 범위에서 달성된다. 특정 구체예에서, 경화 온도는 코팅된 기판 또는 물품 및/또는 기판 또는 물품 상에 이미 침착된 코팅 레이어의 열적 제한에 기초하여 제한될 수 있다.
특정 구체예에서, 결과의 세척이 용이한 레이어 또는 코팅은 기공의 구조를 사용한다. 기공은 예를 들어, 대략 2 내지 100 나노미터의 범위, 또는 대략 5 내지 20 나노미터의 범위의 직경을 가진다.
특정 구체예에서, 결과의 세척이 용이한 레이어 또는 코팅의 두께는 대략 5 내지 500 나노미터의 범위, 대략 30 내지 150 나노미터의 범위, 또는 대략 40 내지 100 나노미터의 범위이다. 특정 구체예, 예를 들어 세척이 용이한 레이어가 기판 또는 물품 상의 유일한 기능성 레이어 또는 코팅인 구체예에서, 세척이 용이한 레이어 또는 코팅의 두께는 대략 1 내지 30 나노미터의 범위이다.
결과의 세척이 용이한 레이어 또는 코팅은 광학적으로 투명하며, 다양한 투명 기판 상에서 대략 85 내지 99 퍼센트 범위의 전체 광투과 백분율을 가진다.
본 발명의 특정 구체예에서, 경화된 세척이 용이한 코팅은 대략 제곱 미터당 30 내지 90 밀리줄의 범위의 표면 에너지를 가진다. 발명의 세척이 용이한 코팅 또는 레이어의 세척 가능성을 제어하고 조작하기 위해서, 표면 에너지의 분산 및 극성 요소가 신중하게 제어된다. 본 발명의 특정 구체예에서, 코팅 물질의 표면 에너지의 극성 요소는 대략 제곱 미터당 14 내지 40 밀리줄의 범위, 대략 제곱 미터당 22 내지 37 밀리줄의 범위, 또는 대략 제곱 미터당 28 내지 37 밀리줄의 범위이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 세척이 용이한 코팅 또는 레이어의 코팅 표면 에너지의 분산 요소는 대략 제곱 미터당 20 내지 40 밀리줄의 범위, 또는 대략 제곱 미터당 27 내지 40 밀리줄의 범위이다. 본 발명의 세척이 용이한 코팅 또는 레이어의 표면 에너지의 분산 및 극성 요소의 이러한 범위는 전형적인 세척 용액을 사용하는 코팅 표면의 세척 이후에도 유지된다. 다양한 구체예에서, 값은 적어도 10 퍼센트 이내로 유지된다.
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 세척이 용이한 코팅 또는 레이어(14)로 코팅된 표면(8)을 가지는 기판(12)을 나타낸다. 이러한 구체예에서, 세척이 용이한 코팅(14)은 기판(12)의 표면(8)에 도포된 유일한 코팅이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 도 2에 나타난 바와 같이, 기판(12) 및 세척이 용이한 코팅(14) 사이, 표면(8) 상에 접착제(16)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3에 나타난 바와ㅅ같이, 본 발명의 특정 구체예에서, 세척이 용이한 코팅(14)은 하나 이상의 다른 기능성 코팅 또는 레이어(18a) 내지 (18n) 의 상단에 도포된다. 기능성 코팅(18a) 내지 (18n)은 예를 들어, 기판(12) 상에 기능적 속성 또는 특성, 예컨대 색상, 광택, 정전기-방지 성능, 마모 또는 부식 내성, 광변색, 또는 분극화를 부여할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 지정 부호 (18a) 내지 (18n)은 기판(12)과 세척이 용이한 코팅(14) 사이에 도포된 기능성 코팅의 수가 제한되지 않음을 의미하도록 의도된다. 명확성을 위해, 하나 이상의 접착제(16) 레이어는 및/또는 임의의 기능성 코팅 (18a) 내지 (18n)에, 사이에, 및/또는 하에 사용될 수 있는 것으로 간주된다.
본 발명의 특정 구체예에서, 본 발명은 물품의 표면에 내구성 있는, 세척이 용이한 속성을, 김서림-방지 또는 김서림 내성의 속성을 조합으로 제공한다. 특정 구체예에서, 습식 김서림-방지 화학적 처리는, 활성 김서림-방지 성분이 세척이 용이한 코팅 또는 레이어를 침투 및/또는 잔여물을 남길 수 있어, 김서림-방지 거동 및 세척성 모두를 가지는 표면을 야기하도록 세척이 용이한 코팅 또는 레이어에 도포된다. 세척이 용이한 코팅의 습윤 속성은, 김서림-방지 용액을 사용하여 세척이 용이한 표면을 덮음을 촉진함으로써, 이러한 처리 과정을 용이하게 한다.
본 발명의 세척이 용이한 코팅 또는 레이어는 김서림-방지 성능 향상제 예컨대 비이온성 불소계면 활성제, 예를 들어, 짧은-사슬 과불소계 에톡시화된 비이온성 불소계면 활성제, 예를 들어, S559 (Chemguard)를 사용하여 처리된다. 김서림-방지 성능 향상제의 선택은, 세척이 용이한 코팅의 표면 에너지의 극성 요소가 김서림-방지 성능 향상제를 사용한 처리 이후 대략 제곱 미터당 14 밀리줄에서 약 제곱 미터당 27 밀리줄 또는 대략 제곱 미터당 40 밀리줄 까지 증가하도록 결정된다.
본 발명의 특정 구체예에 사용된 김서림-방지 성능 향상제는 예를 들어, 에터, 알코올, 또는 동류의 조합의 혼합물을 부피 기준으로 대략 0.5 내지 30 퍼센트의 범위, 또는 대략 2 내지 10 퍼센트의 범위의 농도로 사용함으로써 도포된다. 세척이 용이한 코팅된 물품이 김서림-방지 성능 향상제 용액에 침지될 수 있거나, 또는 김서림-방지 성능 향상제가 세척이 용이한 코팅된 물품 상에 분사될 수 있다. 세척이 용이한 코팅 상의 김서림-방지 용액의 건조 이후, 표면은 투명해질 때까지 버핑(buffing)될 수 있거나, 또는 용매 예컨대 알코올, 에터, 또는 동류의 조합을 사용하여 세정될 수 있다. 세척이 용이한 코팅 매트릭스의 기공 내로 김서림-방지 용액의 침투는 다수의 세척 사이클 이후의 김서림-방지 거동을 유지하도록 한다.
본 구체예에서, 김서림-방지 용액을 사용한 세척이 용이한 코팅 또는 레이어의 처리는 코팅된 물품의 표면 에너지의 분산 요소의 값에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 표면 에너지의 분산 요소는 코팅이 표면 김서림-방지 처리된 이후, 대략 제곱 미터당 20 내지 40 밀리줄의 범위, 또는 대략 제곱 미터당 27 내지 40 밀리줄의 범위로 유지되어야 한다.
도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따라 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24)을 가지는 기판(12)을 나타낸다. 이러한 구체예에서, 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24)은 기판(12)의 표면(8)에 도포된 유일한 코팅이다.
본 발명의 특정 구체예에서, 도 5에 나타난 바와 같이, 기판(12) 및 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24) 사이, 표면(8) 상에 접착제(16)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 특정 구체예에서, 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24)은 하나 이상의 다른 기능성 코팅 또는 레이어 (18a) 내지 (18n)의 상단에 도포된다. 기능성 코팅(18a) 내지 (18n)은 예를 들어, 기판(12) 상에 기능적 속성 또는 특성, 예컨대 색상, 광택, 정전기-방지 성능, 마모 또는 부식 내성, 광변색, 또는 분극화를 부여할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 지정 부호 (18a) 내지 (18n)은 기판(12)과 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24) 사이에 도포된 기능성 코팅의 수가 제한되지 않음을 의미하도록 의도된다. 명확성을 위해, 하나 이상의 접착제(16) 레이어는 및/또는 임의의 기능성 코팅 (18a) 내지 (18n)에, 사이에, 및/또는 하에 사용될 수 있는 것으로 간주된다.
본 발명의 특정 구체예에서, 본 발명은 물품의 표면에 내구성 있는 반사-방지 코팅을 세척이 용이한 속성과 함께 제공한다. 도 7과 관련하여, 본 구체예에 따라, 사전-조정된(pre-tuned) 반사-방지 스택 또는 코팅 시스템(28)은 기판(12)의 표면에 도포된다. 사전-조정된 반사-방지 스택(28)은 예를 들어, 높은 및 낮은 지수의 굴절 레이어(26a) 내지 (26n)이 교대하는 시스템을 사용할 수 있다.
예를 들어, 굴절 레이어(26a) 내지 (26n)은 실리콘 다이옥사이드와, 티타늄 옥사이드 또는 티타늄 펜트옥사이드 중 하나의 교대 레이어; 실리콘 다이옥사이드와 지르코늄 다이옥사이드의 교대 레이어; 또는 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 및 티타늄 옥사이드의 교대 레이어를 포함할 수 있다. 지정 부호 (26a) 내지 (26n)은 도포되는 굴절 레이어의 수가 제한되지 않음을 의미하도록 의도된다.
사전-조정된 반사-방지 스택(28)은 세척이 용이한 레이어 또는 코팅(14)가 최종 레이어로서 사전-조정된 반사-방지 스택(28) 위에 도포될 때까지 반사-방지 속성을 가지지 않을 것이다. 세척이 용이한 레이어 또는 코팅(14)이 사전-조정된 반사-방지 스택(28)에 도포되고 나면, 조정된 반사-방지 스택(32)이 형성된다.
본 발명의 특정 구체예에서, 결과의 세척이 용이한 레이어 또는 코팅의 굴절률, 즉, 상기 정의된 바와 같이 조정된 반사-방지 스택을 가지는 광학 물품의 굴절률은 589 나노미터에서 측정한 경우 대략 1.40 내지 1.49의 범위이다.
본 구체예에서, 접착제 또는 접착제들은 기판 상에 존재하는 다른 임의의 기능성 코팅 또는 레이어에, 사이에, 상에 및/또는 하에 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서, 본 발명은 물품의 표면에 내구성 있는 반사-방지 코팅과 함께 세척이 용이한 속성 및 김서림-방지 또는 김서림 내성의 속성을 제공한다. 도 8과 관련하여, 본 구체예에 따라, 도 7에 나타나는 세척이 용이한 레이어(14)는 상기 기재된 김서림-방지 성능 향상제를 사용하여 처리되어, 김서림-방지 처리된 세척이 용이한 코팅(24)을 형성한다. 이에 따라, 김서림-방지, 세척이 용이한, 조정된 반사-방지 스택(32)을 야기한다.
실시예 : 세척이 용이한, 김서림 -방지, 반사-방지 안과용 렌즈의 합성.
전구 용액 (제1 혼합물)을 232.8 밀리리터 메탄올에 156.4 밀리리터의 TMOS, 100.4 밀리리터의, 반응성 유기 에폭사이드 및 가수 분해성 무기 메톡시실릴 그룹을 가지는 두 가지 작용기의 유기실레인, 예를 들어 3-글리시독시l프로필 트리메톡시실레인(Dynasylan Glymo. Evonik Industries), 및 310.8 밀리리터 물을 첨가함으로써 제조하였다. 혼합물을 교반하고 4 시간 동안 가수 분해시켰고, 이 시간 동안 용액은 현저히 가열되었다. 4 시간 후, 냉각이 시작되면, 전구 용액을 3.2 리터의 메탄올로 희석시키고, 혼합을 위해 교반 막대와 함께 교반 플레이트 상의 50 섭씨 온도의 오븐에 두었다. 용액을 오븐에서 4 일간 가열하였다. 이후 용액을 오븐에서 제거하고, 용액 공정에 걸쳐 친수성 속성을 테스트하였다. 확인된 후, 추가의 에이징 및 반응을 방지함으로써 결과의 졸을 안정화하도록 200 밀리리터의 1.0 N HCl (37 퍼센트 원액으로부터)을 첨가하였다. 이것은 3.47 퍼센트 고체의 전체 4.2 리터의 용액을 수득하였다.
고체를 측정한 뒤, 0.86 중량 퍼센트의 고체 함유량으로 용액을 희석하였다. 이것은 2117.6 밀리리터의 베이스 용액을 2.5 갤런의 용기로 옮김으로써 성취되며, 따라서 6.095 그램의 BYK333과 함께, 1414.7 밀리리터의 메탄올, 3010.0 밀리리터의 에탄올, 890 밀리리터의 1-메톡시-2-프로판올 (PGME), 및 1565.3 밀리리터의 물을 첨가하였다. 결과의 조성물의 요소의 최종 용액 중량 퍼센트 용액이 도 9에 제공된다.
결과의 조성물의 점도는 1.2 내지 1.5 센티포아즈이었으며, 밀도는 약 밀리리터당 0.86 그램이었다. 결과의 조성물을 Weir 코팅 용기에 넣으면, 침지 시, 35 내지 45 퍼센트의 상대 습도에서 초당 2.5 밀리미터의 추출 속도로써, 특별히 고안된 사전-조정된 반사-방지 스택 상에 플러스 또는 마이너스 5 퍼센트로, 대략 50 나노미터 두께의 레이어를 생성하였고, 이에 따라 스택을 완성하여, 반사-방지 코팅을 생성하였다. 결과의 코팅을 120 섭씨 온도의 온도에서 3 시간 동안 경화하였다.
도 10은 사전-조정된 반사-방지 스택을 가지는 렌즈 (어두운 선) 및 동일한 렌즈의, 사전-조정된 반사-방지 스택이 본 발명의 세척이 용이한 코팅으로 코팅된 이후(밝은 선), 즉, 조정된 반사-방지 스택의 형성 이후 반사율 데이터를 나타낸다. 도 11은 사전-조정된 반사-방지 스택을 가지는 렌즈 및 동일한 렌즈의, 사전-조정된 반사-방지 스택이 본 발명의 세척이 용이한 코팅으로 코팅된 이후, 즉, 조정된 반사-방지 스택의 형성 이후 색상 데이터를 나타낸다.
도 10 및 11은 세척 가능한 코팅의 도포 이전 및 이후, 사전-조정된 반사-방지 스택을 가지는 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 사전-조정된 반사-방지 스택은 자체적으로 적색-금색의, 고도의 반사 코팅을 가졌다. 세척 가능한 코팅이 반사-방지 스택을 완성함에 따라, 50 나노미터 +/- 5 나노미터의 두께로 세척 가능한 레이어의 첨가는 사전-조정된 반사-방지 스택의 색상이 바람직한, 반사-방지 녹색으로 이동하였다.
세척 가능한 코팅을 에탄올 중의 2% S559 (Chemguard)의 용액에 코팅된 렌즈를 침지시킴으로써 김서림-방지 첨가제로 처리하고, 이후 잔여의 S559를 제거하기 위하여 자연-건조 이후, 표면을 TX1009 극세사 직물로 버핑하였다.
김서림-방지 성능: 상기 기재된 반사-방지의, 세척이 용이한, 김서림-방지 코팅된 렌즈의 김서림-방지 성능을, 수 분간 60 섭씨 온도로 가열된 물의 비커에 렌즈를 둠으로써 분석하였다. 코팅된 렌즈의 표면 상에서 김서림이 관찰되지 않았다.
세척성 성능: 상기 기재된 반사-방지의, 세척이 용이한, 김서림-방지 코팅된 렌즈의 세척이 용이한 성능을 분석하여 세척하기 용이하도록 시판된 다른 제품과 비교하였다. 분석은 합성 피지(Scientific Services S/D Inc.)로 또한 공지된 인공 피부 오일을 본 발명의 렌즈의 코팅된 표면, 샘플 "C", 및 반사-방지 및 세척이 용이한 속성을 가지도록 시판된 두 종류의 상이한 안과용 렌즈, 샘플 "A" 및 "B"에 도포함을 이용하였다.
렌즈 헤이즈(haze)를 BYK-Gardner Haze-gard plus, Cat. No. 4725 를 사용하여 피지의 도포 이전, "초기"; 피지의 도포 이후, "피지"; 5회의 스트로크 와이핑 이후, "5 스트로크"; 10회의 스트로크 와이핑 이후, "10 스트로크"; 15회의 스트로크 와이핑 이후, "15 스트로크"에 측정하였다. "피지" 판독 이후, 각각의 테스트 표면을, 명시된 소재(폴리에스터 직물, 예를 들어 TX1009)를 사용하여, 주어진 와이핑의 횟수에 대하여(사이클 횟수 당 실행된 헤이즈의 측정) 무게에 따라(본 명세서에 기재된 테스트를 위하여 0.5 파운드) 대략 1.7 내지 1.8 제곱 인치의 접촉 면적을 와이핑하였다. 세척 직물 소재는 5 내지 6 와이핑 이후 교체된다. 헤이즈 값은 와이핑 스트로크 또는 사이클의 횟수에 대하여 기록된다. 더 높은 헤이즈 값은 더욱 적은 광학 투명도를 나타낸다.
테스트 결과는 도 12에 정량적으로, 및 도 13에 그래프로 나타난다. 이러한 데이터로부터 관찰된 바와 같이, 본 발명의 반사-방지의, 세척이 용이한, 김서림-방지 코팅된 렌즈, 샘플 C는 5, 10, 및 15 스트로크의 와이핑의 각각 이후 시중의 샘플 A 및 B 보다 적은 헤이즈를 나타냈다. 이에 따라, 본 발명에 따른 렌즈는 테스트된 현재 시판의 "세척이 용이한" 렌즈보다 더욱 우수한 세척성을 나타낸다.
본 발명이 특정 구체예 및 응용의 관점에서 기재되어 있지만, 당업자는 이러한 교시에 비추어 청구되는 발명의 사상을 벗어나지 않고 추가의 구체예 및 변형을 생성할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 도면 및 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하게 하기 위한 예시의 수단으로 제안되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (26)

  1. 다음을 포함하는, 세척 용이 및 반사 방지 속성을 갖는 광학 물품:
    제1 표면을 갖는 기판;
    교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어, 복수의 레이어의 제1 레이어는 기판의 상기 제1 표면 상에 직접 침착되고 복수의 레이어의 최종 레이어는 제2 표면을 형성함; 및
    제2 표면 상에 침착된, 교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어와 별개인, 하나 이상의 실레인을 포함하는 열경화된 친수성 레이어, 여기서 친수성 레이어는 5 내지 20 나노미터 범위의 직경을 갖는 기공을 포함함;
    친수성 레이어의 도포 전 광학 물품의 세척 용이 속성과 비교하여, 친수성 레이어가 제2 표면 상에 침착된 후 획득한 광학 물품의 세척 용이 속성 증가;
    친수성 레이어의 도포 전 광학 물품의 가시광선 스펙트럼에 대한 반사율과 비교하여, 친수성 레이어가 제2 표면 상에 침착된 후 획득한 광학 물품의 가시광선 스펙트럼에 대한 반사율 감소.
  2. 제1항에 있어서, 광학 물품은 단일 초점 렌즈인 광학 물품.
  3. 제1항에 있어서, 광학 물품은 다중 초점 렌즈인 광학 물품.
  4. 제1항에 있어서, 복수의 레이어는 옥사이드를 포함하는 광학 물품.
  5. 제1항에 있어서, 친수성 레이어는 실레인-기반인 광학 물품.
  6. 제1항에 있어서, 광학 물품에 김서림-방지 속성을 부여하는, 친수성 레이어에 침착된 계면활성제를 추가로 포함하는 광학 물품.
  7. 다음을 포함하는, 물품의 표면에 세척 용이 속성을 부여하는 광학 코팅:
    제1 표면을 갖는 상기 물품;
    교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어, 복수의 레이어의 제1 레이어는 상기 제1 표면 상에 직접 침착되고 복수의 레이어의 최종 레이어는 제2 표면을 형성함; 및
    제2 표면 상에 침착된, 교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어와 별개인 열경화된 다공성 친수성 레이어, 열경화된 다공성 친수성 레이어는 제곱미터당 30 내지 90 밀리줄 범위의 표면 에너지를 갖는 하나 이상의 실레인으로 형성되고 여기서 친수성 레이어의 두께는 20 내지 100 나노미터 범위임.
  8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 실레인은 4:1 내지 3:2 범위의 몰비로 조합되는 테트라메틸 오쏘실리케이트 및 3-글리시독시프로필트리메톡시실레인을 포함하는 광학 코팅.
  9. 제7항에 있어서, 친수성 레이어는 85 내지 99 퍼센트 범위의 전체 광투과 백분율을 갖는 광학 코팅.
  10. 제7항에 있어서, 친수성 레이어의 표면 에너지의 극성 요소는 제곱미터당 14 내지 40 밀리줄 범위인 광학 코팅.
  11. 제7항에 있어서, 친수성 레이어의 표면 에너지의 분산 요소는 제곱미터당 20 내지 40 밀리줄 범위인 광학 코팅.
  12. 다음 단계를 포함하는, 세척 용이 및 반사 방지 속성을 갖는 광학 물품 제조 방법:
    광학 물품의 표면 상에 교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어를 형성하는 단계;
    하나 이상의 실레인을 포함하는 열경화된 친수성 실레인-기반 레이어를 교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 단계, 친수성 실레인-기반 레이어는 교대하는 고 굴절률 및 저 굴절률 물질의 복수의 레이어와 별개임, 여기서 친수성 레이어는 5 내지 20 나노미터 범위의 직경을 갖는 기공을 포함함;
    친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 굴절 레이어 상에 도포하는 단계를 통해 광학 물품에 세척 용이 속성을 부여하는 단계; 및
    친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 굴절 레이어 상에 도포하는 단계를 통해 광학 물품의 가시광선 스펙트럼에 대한 반사율을 감소시키는 단계.
  13. 제12항에 있어서, 친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 단계는 20 내지 30 나노미터 범위의 입자 크기를 갖는 미경화 조성물을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 단계는 중량으로 0.86 퍼센트의 고체 함유량을 갖는 용액을 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 단계는 실레인-기반 레이어를 5 내지 500 나노미터 범위의 두께로 도포하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 친수성 실레인-기반 레이어를 계면활성제로 처리하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 복수의 레이어를 형성하는 단계는 복수의 상이한 옥사이드 레이어를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 복수의 레이어를 형성하는 단계는 다중 초점 렌즈의 표면 상에 복수의 레이어를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제12항에 있어서, 친수성 실레인-기반 레이어를 상기 복수의 레이어 상에 도포하는 단계는 장기간의 시간 동안 내구성이 있는 친수성 레이어의 표면 에너지 및 표면 기공 크기를 형성하는 것을 포함하는 방법.
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서, 친수성 레이어의 표면 에너지는 제곱미터당 27 내지 40 밀리줄 범위의 분산 요소를 갖는 광학 물품.
  22. 제1항에 있어서, 친수성 레이어의 표면 에너지 및 표면 기공 크기는 장기간의 시간 동안 지속되는 광학 물품.
  23. 제7항에 있어서, 하나 이상의 실레인은 반응성 유기 에옥사이드 및 가수분해성 무기 메톡시실릴 그룹을 갖는 이작용성 유기실레인을 포함하는 광학 코팅.
  24. 제7항에 있어서, 하나 이상의 실레인은 테트라메틸 오쏘실리케이트 및 3-글리시독시프로필트리메톡시실레인을 포함하는 광학 코팅.
  25. 제7항에 있어서, 친수성 레이어의 표면 에너지 및 표면 기공 크기는 장기간의 시간 동안 지속되는 광학 코팅.
  26. 제7항에 있어서, 친수성 레이어는 나노다공성 나노입자를 포함하는 조성물로 형성되는 광학 코팅.
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X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant