KR102503721B1 - 변색렌즈용 코팅 조성물 및 이의 제조방법. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 변색렌즈용 코팅 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 코팅 조성물은 스핀코팅에 의해 렌즈의 표면에 변색층을 형성하기 위한 것이며, 폴리올 및 이소시아네이트의 반응에 의해 제조된 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 변색렌즈용 코팅 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 내열성 및 변색성이 향상된 고품질의 변색렌즈를 제조할 수 있는 코팅 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
변색렌즈는 입사광 조사 시 변색되어 눈을 보호할 수 있는 기능을 가지고 있어 다양한 제품이 개발되고 있다. 이러한 변색렌즈는 선글라스, 패션렌즈, 비처방 및 처방 렌즈, 안면 보호대, 고글 등의 다양한 용도에 적용되고 있다. 그러나 변색렌즈의 변색 효과는 렌즈가 사용되면서 열화되는 것이 일반적이며 이에 따라 시간이 지날수록 탈색되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 변색렌즈의 제조를 위한 코팅 조성물을 최적화하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-1694209호 및 10-1850731호에서는 폴리에테르 폴리올과 방향족의 폴리에스테르 폴리올을 조합한 폴리올과 디이소시아네이트와 반응하여 NCO-말단 프리폴리머를 제조하고 여기에 다관능성 OH-말단 또는 SH-말단 화합물을 반응시켜 제조한 다관능성 우레탄 폴리올을 포함하는 코팅 조성물을 제조함으로써 변색렌즈의 광변색성 및 탈색도를 향상시키는 변색렌즈 제조방법이 개시되어 있다. 이러한 코팅 조성물을 이용하면 광변색 감도와 반복성이 우수한 변색렌즈를 제조할 수 있으나, 상기 코팅 조성물은 침지코팅 공정에 적용할 수 있는 것으로서, 침지코팅의 공정 특성상 코팅의 균일성과 불량률을 저감시키는데 한계가 있다. 또한, 이러한 변색렌즈는 하절기와 동절기의 온습도 차이에 의해 변색성능이 달라지는 문제점이 있다.
침지코팅 공정에 의해 변색층을 형성할 경우 코팅시 상하 두께 차이로 인하여 색상 불균형이 일어날 수 있다. 또한, 변색렌즈 가공시 중앙과 가장자리의 두께 차이로 인한 농도 불균일이 발생한다.
스핀코팅 공정을 적용하는 경우에도 렌즈 중앙과 가장자리의 코팅 두께의 불균일성이 문제가 될 수 있으나, 이는 코팅 조성물의 점도와 성분을 최적화함으로써 개선될 수 있는 문제이며, 이러한 문제점이 개선된다면 침지코팅에 비해 코팅 품질 균일성을 향상시킬 수 있기 때문에 이러한 공정에 적합한 코팅 조성물의 개발이 필요한 실정이다. 또한, 이러한 코팅 품질의 균일성을 향상시킴으로써 하절기와 동절기 등의 외부 환경 변화에도 우수한 변색성능을 나타낼 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 스핀코팅 공정을 이용하여 변색렌즈를 제조하기에 적합한 코팅 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 외부 환경변화에 따른 변색성능의 저하가 없는 고품질의 변색렌즈를 제조할 수 있는 코팅 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 변색렌즈용 코팅 조성물은 스핀코팅에 의해 렌즈의 표면에 변색층을 형성하기 위한 코팅 조성물로서, 상기 코팅 조성물은 폴리올 및 이소시아네이트의 반응에 의해 제조된 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리올은 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,3-부틸렌글리콜 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물이며, 상기 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 변색렌즈용 코팅 조성물은 폴리올, 이소시아네이트 및 용제를 반응하여 폴리우레탄 폴리올을 제조하는 단계, 상기 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부를 혼합하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 제조방벙에 있어서, 상기 폴리우레탄 폴리올은 20℃에서의 점도가 500 내지 1500 cP이며, 상기 코팅 조성물은 20℃에서의 점도가 100 내지 200 cP인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 변색렌즈 제조 과정에서 스핀코팅 공정을 적용하기에 적합한 특성을 가진다.
또한, 상기 코팅 조성물을 적용함으로써 외부 환경변화에 따른 변색성능의 저하가 없는 고품질의 변색렌즈를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예(a) 및 비교예(b)의 변색렌즈에 대한 광 조사 후 시간에 따른 투과율 변화를 측정한 결과이다.
도 2는 실시예(a) 및 비교예(b)의 변색렌즈에 대한 광 차단 후 시간에 따른 투과율 변화를 측정한 결과이다.
도 3은 실시예(a) 및 비교예(b)의 변색렌즈에 대한 투과율의 온도 의존성을 측정한 결과이다.
도 2는 실시예(a) 및 비교예(b)의 변색렌즈에 대한 광 차단 후 시간에 따른 투과율 변화를 측정한 결과이다.
도 3은 실시예(a) 및 비교예(b)의 변색렌즈에 대한 투과율의 온도 의존성을 측정한 결과이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 변색렌즈용 코팅 조성물은 스핀코팅에 의해 렌즈의 표면에 변색층을 형성하기 위한 코팅 조성물이다. 상기 스핀코팅 공정에 적용하기 위하여 상기 코팅 조성물은 폴리올 및 이소시아네이트의 반응에 의해 제조된 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 즉, 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 폴리우레탄 폴리올을 미리 형성한 후 여기에 다시 이소시아네이트와 광변색성 염료를 부가하여 코팅 조성물을 형성하게 되는데, 이를 통해 코팅 조성물의 점도를 점진적으로 변화시켜 스핀코팅 공정에 적합한 물성을 얻을 수 있고, 상기 코팅 조성물을 통해 형성된 변색층은 피막의 내구성 및 광변색성이 우수하고 외부 환경(온도, 습도)의 변화에도 광변색 효과를 지속적으로 유지할 수 있는 효과를 나타내게 된다. 또한, 상기 코팅 조성물을 이용하여 형성된 도막은 내열성이 우수하기 때문에 하절기의 높은 외부 온도에 의해서도 변색 성능의 저하가 없이 안정적인 도막을 형성할 수 있게 된다.
상기 폴리올로는 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(poly(Tetramethylene Ether)glycol, PTMG), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol, PPG), 폴리카보네이트디올(polycarbonate diol, PCD), 네오펜틸글리콜(neopentyl glycol, NPG), 1,5-펜탄디올(1,5-pentandiol, 1,5-PD), 1,3-부틸렌글리콜(1,3-butylene glycol, 1,3-BG) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 이소시아네이트로는 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyante, IPDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate, HDI), 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(dicyclohexylmethane-4,4 diisocyanate, H12MDI) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이들 폴리올 및 이소시아네이트의 종류에 따라 변색 특성을 최적화할 수 있는 것으로 나타났다.
구체적으로 상기 폴리우레탄 폴리올을 제조할 때 표 1의 성분 및 함량으로 하여 제조하였다. 표 1에서 함량의 단위는 중량부이다.
| 성분 | PP1 | PP2 | PP3 | PP4 | PP5 |
| PTMG-650 | 19 | ||||
| PTMG-1000 | 20 | ||||
| PTMG-2000 | 25 | ||||
| PPG-1000 | 20 | ||||
| PCD-1000 | 20 | ||||
| NPG | 5 | 3 | 4 | 5 | 5 |
| 1,5-PD | 5 | 2 | 3 | 5 | 5 |
| IPDI | 7 | 10 | 6 | 7 | 7 |
| H12MDI | 7 | 10 | 6 | 7 | 7 |
| 1,3-BG | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Toluene | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 |
표 1의 성분 및 함량으로 중합 반응을 실시하여 폴리우레탄 폴리올을 제조하고 각각의 폴리우레탄 폴리올에 대하여 점도 및 수 평균 분자량, 중량 평균 분자량을 측정하면 표 2와 같이 20℃에서의 점도가 1,000 cP, 수 평균 분자량(Mn)dl 10,000 내지 30,000, 중량 평균 분자량이 20,000 내지 60,000의 폴리우레탄 폴리올을 얻을 수 있다.
| 항목 | PP-1 | PP-2 | PP-3 | PP-4 | PP-5 |
| 고형분(중량%) | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 |
| 점도(at 20℃) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| Mn | 10000~30000 | 10000~30000 | 10000~30000 | 10000~30000 | 10000~30000 |
| Mw | 20000~60000 | 20000~60000 | 20000~60000 | 20000~60000 | 20000~60000 |
상기 폴리우레탄 폴리올에 광변색성 염료, 실리콘 표면 첨가제, 이소시아네이트 및 용제를 부가하여 조성물을 형성하면 스핀코팅 공정을 수행하기에 적합한 점도 및 물성을 얻게 된다.
상기 광변색성 염료로는 하기 화학식 1로 표시되는 스파이로옥사진(spiro-oxazine), 화학식 2로 표시되는 스파이로피란(spiro-pyrane), 및 화학식 3으로 표시되는 크로민(chromene) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
또한, 상기 실리콘 표면 첨가제로는 표면장력 저하 효과를 나타낼 수 있는 첨가제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 BYK-306을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코팅 조성물은 폴리올, 이소시아네이트 및 용제를 반응하여 폴리우레탄 폴리올을 제조하는 단계 및 상기 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부를 혼합하는 단계를 수행함으로써 쉽게 제조할 수 있는데, 일반적인 코팅 조성물의 제조 공정과는 달리 개시제, 촉매 등을 필요로 하지 않고 상기 성분들을 혼합하여 반응시키는 것만으로 코팅 조성물을 수득할 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅 조성물에서는 광변색 염료를 상대적으로 소량 사용해도 충분한 변색 효과를 얻을 수 있는데, 이는 상기 코팅 조성물을 제조하는 과정에서 상기 광변색 염료가 고분산되어 안정화되기 때문으로 파악된다.
표 1에 개시된 5가지 폴리우레탄 폴리올을 사용하여 표 3에서와 같은 조성으로 코팅 조성물을 제조하였다. 표 3에서 광변색 염료(photochromic dye, PD)로는 스파이로옥사진을 사용하였다.
| 성분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 |
| PD | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| toluene | 6.3 | 6.3 | 6.3 | 6.3 | 6.3 |
| PP-1 | 14 | ||||
| PP-2 | 14 | ||||
| PP-3 | 14 | ||||
| PP-4 | 14 | ||||
| PP-5 | 14 | ||||
| HDI | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| BYK-306 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
표 3에서 제조된 실시예 1 내지 5의 코팅 조성물에 대하여 물성을 측정한 결과는 표 4와 같다.
물성 측정을 위하여 20℃, 30%의 온도 및 습도 조건에서 코팅 조성물 6g을 투하하면서 600 내지 850rpm의 속도로 10초간 스핀코팅한 후 113℃에서 45분간 경화하여 코팅층을 형성하였다.
또한, 점도는 Brookfield Viscometer를 사용하여 20℃, 50%의 온도 및 습도 조건에서 측정하였다. 또한, 접착성은 ASTM D 3359에 따라 Nichiban 데이르를 10회 접착 및 탈착하여 측정하였다. 또한, 변색후 투과율은 365㎚ 파장의 광원을 15초 동안 조사하였으며 25℃, 50%의 온도 및 습도 조건에서 측정하였다. 또한, 투과율, 헤이즈 값 및 두께는 Simitsu UV spectrometer를 사용하여 측정하였다. 또한, 기포는 육안검사 및 지르코늄 램프 투영검사를 통해 측정하였다. 또한, 퇴색속도는 변색후 투과율이 1/2로 회복되는 시간을 반감기로 하여 초 단위로 측정하였다.
| 항목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 |
| 고형분(중량%) | 29.2 | 29.2 | 29.2 | 29.2 | 29.2 |
| 점도(at 20℃) | 126 | 138 | 155 | 132 | 135 |
| 기포 | × | × | ○ | × | × |
| Haze | × | × | ○ | ○ | × |
| 변색후 투과율 | 14.1 | 7.8 | 6.3 | 12.4 | 27.4 |
| 퇴색속도(T1/2) | 58 | 48 | 37 | 52 | 96 |
| 접착성 | 5B | 5B | 3B | 4B | 5B |
표 4의 결과로부터 실시예 2의 코팅 조성물에서 스핀코팅 공정에 가장 적합한 것으로 파악되었다. 따라서 폴리우레탄 폴리올(PP-2)를 사용하고 다른 성분들의 함량을 바꾸어 코팅 조성물을 추가로 제조하였다.
또한, 비교를 위하여 조성물의 성분 및 함량을 달리하여 코팅 조성물을 제조하였다. 표 5에서 K-113-5는 하기 화학식 4로 표시되는 수지이다.
[화학식 4]
(상기 화학식 4에서 x:y의 몰 비율은 7:5이다.)
| 성분 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 비교예1 | 비교예2 |
| PD | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.41 | 0.7 |
| Toluene | 6.3 | 6.3 | 6.3 | 3 | 6.3 |
| PTMG | 1.3 | ||||
| K113-5 | 1.8 | ||||
| PP-1 | 14 | ||||
| PP-2 | 14 | 14 | 14 | ||
| BYK-306 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| IPDI | 6 | 3 | 2 | ||
| HDI | 3 | 1.5 | 1.5 | 3 |
표 5에 따라 제조된 코팅 조성물에 대한 물성을 평가한 결과 표 6에서와 같이 실시예 6 내지 8의 코팅 조성물은 비교예 1, 2에 비해 우수한 물성을 나타내는 것으로 평가되었다.
| 항목 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 비교예1 | 비교예2 |
| 고형분(중량%) | 38.82 | 38.21 | 38.35 | 56.27 | 38.21 |
| 점도(at 20℃) | 162 | 148 | 156 | 96 | 148 |
| 기포 | ○ | × | × | × | × |
| Haze | × | × | × | × | × |
| 변색농도 | 13 | 7.8 | 12.1 | 16.4 | 7.8 |
| 퇴색속도(T1/2) | 67 | 48 | 59 | 57 | 48 |
| 접착성 | 5B | 5B | 5B | 5B | 5B |
또한, 실시예 6의 코팅 조성물을 코팅한 렌즈와 비교예 1의 코팅 조성물을 코팅한 렌즈의 변색 특성과 온도 의존성을 측정하였다.
도 1에서 광 조사에 의한 투과율 변화를 측정한 결과를 살펴보면, 실시예의 변색렌즈가 비교예에 비해 시간당 투과율 감소 정도가 크고 약 20% 정도의 투과율 차이를 나타내었다. 또한, 도 2에서 광 차단에 의한 투과율 변화를 측정한 결과를 살펴보면, 실시예의 변색렌즈가 투과율을 다시 회복하는 속도가 더 빠른 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 본 발명의 변색렌즈의 변색특성이 향상되는 것을 확인하였다.
또한, 변색렌즈의 온도 의존성을 평가한 결과, 도 3에서와 같이 실시예의 변색렌즈는 온도의 변화에 따른 투과율의 변화 정도가 비교예에 비해 적은 것으로 나타났다. 이는 하절기 고온 조건에서 투과율 저하가 나타나는 종래의 변색렌즈가 가진 문제점을 개선한 것으로서, 외부 환경 변화에도 우수한 변색성능을 나타낼 수 있음을 시사하는 것이다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
Claims (4)
- 삭제
- 삭제
- 폴리올, 이소시아네이트 및 용제를 반응하여 폴리우레탄 폴리올을 제조하는 단계;
상기 폴리우레탄 폴리올 10 내지 20 중량부, 광변색성 염료 0.5 내지 5 중량부, 실리콘 표면 첨가제 0.01 내지 0.1 중량부, 이소시아네이트 1 내지 10 중량부 및 용제 5 내지 10 중량부를 혼합하는 단계;
를 포함하며,
상기 폴리우레탄 폴리올은 20℃에서의 점도가 500 내지 1500 cP, 수 평균 분자량이 10,000 내지 30,000, 중량 평균 분자량이 20,000 내지 60,000이며,
상기 코팅 조성물은 20℃에서의 점도가 100 내지 200 cP인 것을 특징으로 하는 변색렌즈용 코팅 조성물의 제조방법. - 삭제
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