KR20080044060A - 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계피복 조성물, 그 제조 방법 및 그 조성물이 피복된광학렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물, 그 제조 방법 및 그 조성물이 피복된 광학렌즈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 오가노 실란 화합물, 무기산화물(고굴절 필러), 용매 및 염색개선제를 포함하여 이루어진다. 염색개선제로는 질산, 염산, 인산, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산은 등을 사용할 수 있다. 상기 실록산계 피복 조성물은 염색개선제를 포함하므로 염색성이 우수하고, 오가노 실란 화합물을 포함하므로 내마모성이 우수하며, 기타 광택성 및 투명성이 우수하므로, 고투명성을 요구하는 광학용 렌즈, 산업 안전경, 레져용 고글 등의 플라스틱 렌즈 표면의 코팅막으로 적용될 수 있는 장점이 있다.
염색성, 내마모성, 투명성, 초고굴절, 피복 조성물, 오가노실란, 염색개선제

Description

염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물, 그 제조 방법 및 그 조성물이 피복된 광학렌즈{SILOXANE BASED COATING COMPOSITION HAVING EXCELLENT DYEABILITY, ABRASION RESISTANCE, GLOSSINESS AND TRANSPARENCY, AND A PREPARATION METHOD THEREOF, AND AN OPTICAL LENZ COATED BY SAID COATING COMPOSITION}
본 발명은 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물, 그 제조 방법 및 그 조성물이 피복된 광학렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피복되는 기재 표면에 중굴절, 고굴절 및 초고굴절용 코팅막을 형성할 수 있는 피복조성물로서, 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수하여 고투명성을 요구하는 광학용 렌즈, 산업 안전경, 레져용 고글 등의 플라스틱 렌즈 표면의 코팅막울 형성할 수 있는 실록산계 피복 조성물, 그 제조방법 및 그 조성물이 피복된 광학 렌즈에 관한 것이다.
플라스틱 제품은 가공성이 용이하고 경량화의 장점으로 인해 종래의 유리 제품 을 대체하고 있으나, 플라스틱 제품은 연질의 표면을 가지고 있어 그 사용이 제한되어 왔다. 이러한 플라스틱제품의 표면에 내찰상성(耐擦傷性)을 부여하기 위해 내마모가 우수한 유기물 또는 실리콘 피복제를 코팅하기 시작하였다. 이러한 내마모성 투명 플라스틱은 광학용 렌즈나 산업 안전경 및 레저용 고글 등의 많은 분야에 이용되고 있다. 또한, 종래의 유리제품에 대해서도 비산 방지를 위해 플라스틱필름을 접착하는 경우가 늘어나고 있으며 이러한 플라스틱필름의 표면의 경도를 향상시키기 위해 내마모성 피복제를 코팅하는 것이 성행하고 있다.
일반적으로 플라스틱용 피복 조성물은 내마모성, 염색성, 내용제성, 내열탕성, 부착성, 광택성, 투명성, 작업 및 저장 안정성 등의 특성을 모두 갖추는 것이 바람직하나 이 중 하나 이상의 물성이 미흡하여 그 사용에 있어서의 제한을 받고 있다.
대한민국 특허공개 제1998-2185에서는 저장안정성, 내마모 및 착색성이 우수한 실록산계 피복 조성물을 개시하고 있다. 그러나 이러한 실록산계 피복 조성물은 투명도가 낮아 광학용 렌즈와 같은 미세 부품의 적용에는 적절치 못하다는 문제가 있다.
대한민국 특허공개 제2000-20026에서는 내충격성이 우수한 고굴절율 내마모성 피복 조성물을 개시하고 있다. 이러한 피복 조성물은 염색성 및 광택성이 낮아 레저용 고글로 사용하는 경우 제품의 품질이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 특허공개 제2002-9786호에서는 부착성, 광택성, 저장 및 작업 안정성이 향상된 실록산계 피복 조성물을 언급하고 있다. 상기 실록산계 피복 조성물은 전술한 특성은 우수하나 염색성이 약간 떨어지고 내열탕 시험시에 도막의 크 랙(crack)이 발생하여 플라스틱 렌즈의 코팅막으로는 부적합하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 염색성이 매우 우수하고, 내마모성, 광택성 및 투명도가 우수한 실록산계 피복 조성물 및 그제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저장안정성, 내열탕성 및 부착성이 우수한 실록산계 피복 조성물 및 그제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 피복 조성물로 피복된 광학렌즈를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
a) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 0.1 내지 50 중량부;
b) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 10 내지 60 중량부;
c) 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물 10 내지 80 중량부;
d) 용매 30 내지 90 중량부; 및
e) 염색개선제 0.01 내지 5 중량부;
를 포함하여 이루어지는 실록산계 피복 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
R1 aSi(OR2)4-a
상기 화학식 １에서，R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C2-C6의 알릴기 및 C３-C６의 방향족 탄화수소기로 이루어진 군으로부터 선택되고，a는 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 2]
R3 bSi(OR4)4-b
상기 화학식 2에서, R3는
Figure 112006083608836-PAT00001
이고， R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
Figure 112006083608836-PAT00002
로 이루어진 군에서 선택되고， R7은 수소 및 C1-C4의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고, R4는 C1-C6의 알킬기이고, b는 0 내지 3의 정수이다.
본 발명은 또한 a) 용매 및 촉매의 존재 하에 ⅰ) 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물과, ⅱ) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물을 혼합하고, 졸-겔 반응을 수행하여 유기-무기 졸을 제조하는 단계； b) 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계 및 c) 무기산화물이 첨가된 유기-무기 졸에 염색개선제를 첨가하는 단계를 포함하여 이루어지는 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물로 피복된 광학렌즈를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 염색성, 내마모성, 광택성, 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물은 a) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 0.1 내지 50 중량부; b) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 10 내지 60 중량부; c) 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물 10 내지 80 중량부; d) 용매 30 내지 90 중량부; 및 e) 염색개선제 0.01 내지 5 중량부;를 포함하여 이루어진다.
R1 aSi(OR2)4-a
상기 화학식 １에서，R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C2-C6의 알릴기 및 C３-C６의 방향족 탄화수소기로 이루어진 군으로부터 선택되고，a는 0 내지 3의 정수이다.
R3 bSi(OR4)4-b
상기 화학식 2에서, R3는
Figure 112006083608836-PAT00003
이고， R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
Figure 112006083608836-PAT00004
로 이루어진 군에서 선택되고， R7은 수소 및 C1-C4의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고, R4는 C1-C6의 알킬기이고, b는 0 내지 3의 정수이다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물에 있어서, a) 상기 화학식 １로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물은 상기 화학식 1의 오가노실란화합물 등이 단위 전구체(monomer precursor)로서, 상기 화학식 1 및 2의 오가노실란화합물과 졸겔반응(축합 탈수 반응 포함)하여 형성된 무기질 망상 조직(network)의 반복단위로 존재할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물에 있어서, a) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물은 상기 화학식 2의 오가노실란화합물 등이 단위 전구체(monomer precursor)로서, 상기 화학식 1 및 2의 오가노실란화합물 및 알루미늄 복합물과 졸겔반응(축합 탈수 반응 포함)하여 형성된 무기질 망상 조직(network)의 반복단위로 존재할 수 있다.
상기 화학식 1의 오가노 실란(organo silane) 화합물에 있어서 a가 1 이상인 경우에는 R1이 메틸기가 바람직하다. R1의 알킬기가 길수록 제조된 코팅막이 연질 특성을 강하게 나타내 코팅막으로서 물성이 저하된다. 필요에 따라서 메틸기를 갖는 것과 이와 다른 치환기를 가지는 것을 병용할 수 있으나 메틸기를 포함하는 실란 화합물의 몰 수가 다른 실란 화합물의 몰수보다 최소한 길거나 많아야 한다. 또한 a가 0인 경우는 R2가 C1∼C6의 알킬기인 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 화학식 1의 오가노실란 화합물은 메틸 트리메톡시 실란(methyl trimethoxy silane), 메틸 트리에톡시 실란(methyl triethoxy silane), 비닐 트리메톡시 실란(vinyl trimethoxy silane), 비닐 트리에톡시 실란(vinyl triethoxy silane), 디메틸 디메톡시 실란(dimethyl dimethoxy silane), 디메틸 디에톡시 실란(dimethyl diethoxy silane), 비닐메틸 디메톡시 실란(vinyl methyl dimethoxy silane), 부틸 트리메톡시 실란(butyl trimethoxy silane), 디페닐 에톡시 비닐실란(diphenyl ethoxy vinylsilane), 메틸 트리이소프로폭시 실란(methyl isopropoxy silane), 메틸 트리아세톡시 실란(methyl triacetoxy silane), 테트라페녹시 실란(tetraphenoxy silane) 및 테트라프로폭시 실란(tetrapropoxy silane), 비닐 트리이소프로폭시 실란(vinyl triisopropoxy silane) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 화학식 1의 오가노실란 화합물의 함량은 전체 조성물에서 0.1 내지 50 중량부, 바람직하게는 1.0 내지 30 중량부이다. 상기 범위 미만이면 코팅막의 내마모성이 저하되는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 내열탕성 시험시 코팅막에 크랙이 형성되는 문제가 있다.
상기 화학식 2의 오가노실란 화합물은 관능기로 에폭시 관능기를 포함하며, 본 발명의 피복 조성물을 기재 상에 경화시킬 때 기재와의 부착성을 향상시키고 내열탕 테스트시 코팅막의 크랙을 방지하는 역할을 한다.
구체적으로 상기 화학식 2의 오가노실란 화합물은 3-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(3-glycydoxy propyl trimethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 트리에톡시 실란(3-glycydoxy propyl triethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸메톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylmethoxy silane), 3-글리시독시 프로필 메틸에톡시 실란(3-glycydoxy propyl methylethoxy silane), 베타-(3,4-에폭시 사이클로헥실)에틸 트리메톡시 실란(β-(3,4-epoxy cyclohexyl) ethyl trimethoxy silane) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 화학식 2의 오가노실란 화합물의 함량은 전체 조성물에서 10 내지 60 중량부, 바람직하게는 20 내지 40 중량부이다. 상기 범위 미만이면 내열탕성 시험시 코팅막의 표면에 크랙이 발생하는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 코팅막의 내마모성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 무기산화물을 포함한다. 무기산화물은 실록산계 피복 조성물의 굴절율을 조절하는 역할을 하며, 따라서 실록산계 피복 조성물이 코팅되어 중굴절, 고굴절 및 초고굴절 코팅막이 형성되어, 광학렌즈 등의 피복되는 기재와의 굴절율을 일치시키는 고굴절 필러(filler) 역할을 한다. 무기 산화물은 피복 조성물로부터 형성되는 코팅막의 굴절률을 1.54 내지 1.65로 조절하여 코팅막이 중굴절, 고굴절 및 초고굴절 특성을 나타낼 수 있도록 한다.
상기 무기산화물은 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물이며, 금속의 단독 산화물 및 복합 산화물을 모두 포함한다. 상기 무기산화물은 물 또는 유기용매에 분산된 분산액 형태로 첨가되어 본 발명인 실록산계 피복 조성물에 포함될 수 있다.
무기산화물은 바람직하게는 산화티타늄(TiO2)(굴절률 2.5~2.7), 산화지르코늄(ZrO2) (굴절률 2.2), 산화주석(SnO2) (굴절률 2.0), 산화세륨(Ce2O3) (굴절율 2.2), 티탄산바륨(BaTiO3) (굴절율 2.4), 및 산화알루미늄(Al2O3) (굴절율 1.73), 산화이트륨(Y2O3) (굴절율 1.92) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
무기산화물로서 복합산화물은 2종 이상의 무기산화물이 화학적으로 결합하여 형성된 산화물로서, 바람직하게는 이산화규소(SiO2), 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화주석, 산화세륨, 티탄산바륨, 산화알루미늄 및 산화이트륨으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 무기산화물이 화학적으로 결합하여 형성된 산화물이며, 더욱 바람직하게는 TiO2-SiO2, TiO2-ZrO2 , TiO2-ZrO2-SiO2 TiO2-ZrO2-SnO2, TiO2-SnO2-SiO2 또는 이들의 혼합물이다.
무기 산화물은 실록산계 피복 조성물에서 안정한 분산 상태를 유지하고, 형성된 코팅막의 투명성을 고려하여 1차 입자 크기가 3 내지 30 nm, 1차 입자가 뭉친 2차 입자의 평균 크기가 200nm 이하인 것이 바람직하며, 2차 입자의 평균입경은 5 내지 200 nm이면 더욱 바람직하고, 5 내지 30 nm이면 가장 바람직하다.
상기 무기 산화물의 함량은 전체 조성물에서 무기 산화물 자체를 기준으로 1.0 내지 80 중량부이다. 상기 범위 미만이면 적절한 수준의 굴절율의 코팅막을 형성하기 어려운 문제가 있고, 상기 범위를 초과하면 코팅막의 크랙점이 되어 코팅막이 찢어지거나 갈라져 막 경도가 심하게 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 용매를 포함한다. 본 용매는 화학식 1 및 2의 오가노실란 화합물의 졸겔반응의 반응용매, 무기산화물의 분산용매 등의 역할을 한다. 용매는 비한정적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, t-부탄올, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 자이렌, 톨루엔, 메틸 셀로솔브, 에틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브, 이소프로필 셀로솔브, 아세틸 아세톤 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 용매의 함량은 전체 조성물에서 30 내지 90중량부이다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 염색개선제를 포함하며, 염색개선제는 실록산계 하드 코팅막의 공극을 조절하거나 염색염료와 친화성이 있는 물질로 구성되어 염색을 개선하는 역할을 한다. 일반적으로 오가노실란의 솔-젤 반응을 통하여 얻은 유기-무기 졸의 물성은 오가노실란의 종류, 산 촉매의 종류 및 농도, 산도(pH), 온도, 물의 농도, 알코올의 종류 및 농도, 염 등에 영향을 받으며, 내마모성과 굴절율 및 염색성은 유기-무기 졸의 뭉침정도에 영향을 받는다. 특히 고굴절율을 가지는 하드 코팅막의 경우 결정성인 무기산화물을 첨가하므로 충진밀도(packing density)가 매우 높아 염색이 어렵게 된다. 따라서 고굴절율을 가지는 하드 코팅막에서 염색성을 증가 시키기 위해서는 비결정질인 오가노실란 바인더 또는 오가노실란 바인더와 무기산화물 필러의 계면에서의 공극(void) 및 염색염료와의 친화성을 조절해야 한다. 일반적인 실록산계 하드 코팅막의 경우, 유기-무기 졸의 충진밀도(packing density)가 증가할수록 내마모성과 굴절율이 증대되고 염색성이 떨어지며 충진도가 감소할수록 이와 반대의 물성이 나타난다. 또한, 하드 코팅막의 염색성은 염색염료가 침투할 수 있는 정도의 공극이 존재하면 되므로 염색성의 향상을 위하여 염색염료 크기 수준의 공극을 만들어주어야 된다. 염색염료의 크기보다 지나치게 큰 공극은 염색성의 향상 효과는 떨어지고 내마모성과 굴절율을 떨어뜨리므로 적절한 크기의 공극이 요구된다. 또한 염색염료는 물에 분산되어 있 어 친수성이 강하므로 친수성이 강하고 염색염료와 물리적 또는 화학적으로 친화성이 있는 이온성 물질 또는 이들의 염을 염색개선제로 선택하는 것이 바람직하다.
상기의 조건을 만족하는 염색개선제는 질산, 염산, 인산, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산은, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리나트륨아크릴레이트, 폴리에틸렌이민, 폴리스티렌술폰산염, N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 메틸 디메톡시 실란(N-β(amino ethyl)γ-aminopropyl methyl dimethoxy silane), N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 트리메톡시 실란(N-β(amino ethyl)γ-aminopropyl trimethoxy silane), N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 트리에톡시 실란(N-β(amino ethyl)γ-aminopropyl triethoxy silane), γ-아미노프로필 트리메톡시 실란(γ-aminopropyl trimethoxy silane), γ-아미노프로필 트리에톡시 실란(γ-aminopropyl triethoxy silane), N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란 (N-phenyl-γ-aminopropyl trimethoxy silane) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
염색개선제의 함량은 전체 조성물에서 0.01 중량부 내지 5중량부인 것이 바람직하며, 0.01 중량부 미만이면 오가노실란 바인더에 충분한 공극을 만들지 못하거나 염색염료와의 친화성이 충분하지 않아 염색성의 개선이 미비하고, 5중량부를 초과하면 저장안정성이 저하되고, 코팅막의 내마모성을 크게 저하시키는 문제가 있다.
본 발명의 실록산계 피복 조성물은 필요에 따라 pH조절제를 포함하며, pH 조 절제는 실록산계 피복 조성물의 pH를 조절하여 장기 저장 안정성을 개선하는 역할을 한다. pH 조절제로는 비한정적으로 초산, 개미산, 암모니아수, 에틸렌디아민, 트리에틸아민, 콜린아세테이트 또는 이들의 혼합물을 예시할 수 있다.
본 발명의 실록산계 피복 조성물은 내마모성, 투명성 및 염색성이 우수하며, 기타 피복기재와의 밀착성, 가공성, 반사 방지성 등을 개선하기 위하여 본 발명의 효과가 저하되지 않는 범위에서 각종의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 비한정적으로 폴리올레핀계 에폭시 수지, 사이클로 헥산 옥사이드, 폴리글리시딜 에스터류, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지 또는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 페놀계 등의 자외선 흡수제 등일 수 있다. 또한 도포성을 개선하기 위하여 각종 계면활성제를 배합할 수도 있으며, 계면활성제로는 디메틸실록산과 폴리에테르의 블록 공중합체나 그라프트 공중합체 또는 불소계 계면활성제 등을 사용할 수 있다
상기 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물은 a) 용매 및 촉매의 존재 하에 ⅰ) 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물과, ⅱ) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물을 혼합하고, 졸-겔 반응을 수행하여 유기-무기 졸을 제조하는 단계； b) 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계; 및 c) 무기산화물이 첨가된 유기-무기 졸에 염색개선제를 첨가하는 단계;를 포함하여 이루어지는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따라 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물을 제조하기 위해서는, 먼저 a) 용매 및 촉매의 존재 하에 ⅰ) 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물과, ⅱ) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물을 혼합하고, 졸-겔 반응을 수행하여 유기-무기 졸을 제조하는 단계를 수행한다.
ⅰ) 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물의 가수분해물은 상기 화학식 1 및 2의 오가노실란 화합물의 알콕시기가 물과 반응하여 형성된 수산화기(-OH)를 가지는 오가노실란화합물의 유도체를 의미한다.
ⅰ) 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물의 부분축합물은 상기 화학식 1 및 2의 오가노실란화합물 또는 그 가수분해물이 단위 전구체(monomer precursor)로서 졸-겔 반응(탈수축합반응을 포함)하여 형성된 무기질 망상 조직(network)의 축합물을 의미한다.
본 단계인 졸-겔 반응 온도 및 압력은 반응속도 및 반응용매의 끓는점 등을 고려하여 정하여 정하여지며, 예를 들면 반응온도는 20 내지 40℃이고, 반응압력은 상압이다.
상기 졸-겔 반응을 통해 얻어진 유기-무기 졸은 화학식 1 및 2의 화합물이 3차원 망상 구조를 가져 안정한 분자 상태를 이뤄 낮은 온도에서 단시간 내에 부착력이 우수한 코팅막을 얻을 수 있게 한다.
본 단계에서 사용하는 용매로는 본 발명인 실록산계 피복 조성물을 구성할 수 있는 용매를 사용할 수 있다.
본 단계에서 사용하는 촉매는 반응속도를 증가시키는 역할 이외에, 실록산계 피복 조성물의 저장 안정성, 내마모성 등의 제반 물성을 고려하여 그의 pH, 반응속도, 적용기재에 대한 부착성을 조절하는 역할을 한다. 촉매는 비한정적으로 초산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로설포닉산, 파라-톨루엔설포닉산, 트리클로로아세틱산, 폴리포스포릭산, 아이오딕산, 요오드산 무수물, 퍼크로릭산 등의 산 촉매 가성소다, 포타슘하이드록사이드, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 이미다졸, 암모늄 퍼클로레이트 등의 염기 촉매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 단계에 있어서, ⅰ) 화학식 1로 표시되는 오가노실란 화합물, ⅱ) 화학식 2로 표시되는 화합물, 용매 및 촉매의 첨가순서는 특별히 한정되지 않는다.
다음으로 b) 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계를 수행한다.
다음으로 c) 무기산화물이 첨가된 유기-무기 졸에 염색개선제를 첨가하는 단계를 수행한다.
염색개선제는 a) 및 b)단계 이후에 첨가하는 것이 바람직하며, 특히 a)단계의 졸-젤 반응이전 또는 반응 중에 염색개선제를 첨가하면 솔-젤 반응의 조건이 바 뀌어서 오가노실란 바인더의 입자 뭉침이 심하게 발생하고, 조성물의 저장안정성 및 코팅막의 내마모성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 따라 실록산계 피복 조성물을 제조하기 위해서는, 필요에 따라 상기 염색개선제를 첨가한 후, 염색개선제가 첨가된 유기-무기 졸에 pH 조절제를 첨가하는 단계를 더욱 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 광학렌즈는 상기 실록산계 피복 조성물로 피복된 코팅막을 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 조성물로 제조된 코팅막은 1.54 내지 1.65 범위의 굴절율을 가져 중굴절, 고굴절 및 초고굴절 코팅막으로 사용될 수 있으며, 각종 광학용 렌즈, 특히 산업 안전경, 및 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면에 코팅되어 플라스틱 렌즈의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실록산계 조성물이 피복되어 형성된 코팅막은 경도가 4H 내지 8H 이고 내열탕 측정에 의한 부착성이 우수할 뿐만 아니라 염색성(DT(%))이 20 내지 60%로 매우 우수하다. 이와 더불어 고경도의 우수한 내마모성 및 내용제성을 가지며, 경화시 변색이 없고 광학적 투명성이 우수한 특징이 있다.
상기 코팅막은 이미 언급한 바와 같이 통상의 코팅방법을 이용하여 광학용 렌즈, 산업 안전경, 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면에 코팅 및 건조한 후 경화시켜 제조된다.
이때 피복 후 경화조건은 배합비나 성분에 따라서 다소 차이가 있으나 일반적으로는 기재의 연화점 미만의 온도인 60 내지 150 ℃에서 20 분 내지 10 시간 경화함으로써 목적하는 특성을 가지는 코팅막을 얻을 수 있다.
상기 사용되는 코팅방법은 통상의 습식 코팅법이 가능하여, 일예로 롤 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 또는 스핀 코팅이 사용될 수 있으며 본 발명에서 한정하지 않는다.
상기 실록산계 피복 조성물에 의하여 얻은 코팅막은 분산염료로 염색이 가능하다. 이러한 염색은 분산염료의 농도, 온도, 시간 등의 조건을 임의로 결정할 수 있으며, 일반적으로는 0.1 내지 1 중량% 농도의 염료 수용액을 사용하며, 80 내지 100 ℃의 온도에서 5 내지 10 분간 침적하여 염색하게 된다.
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예 및 비교예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
[실시예 1]
실록산계 피복 조성물의 제조
상온을 유지하는 자켓반응기(jacket reactor)에 테트라에톡시실란 100g, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 250g에 용매로서 메탄올 100g을 첨가한 후 약 5분간 교반하고 용매로서 아세틸아세톤 10g을 넣고 5분간 교반한 후, 촉매로서 pH 2.5 의 초산 수용액 80g을 넣고 약 3시간 교반하여 졸-겔 반응을 수행하였다.
이어서 졸-겔 반응에 의해 제조된 졸 용액에 메탄올에 분산된 TiO2-SiO2-ZrO2(니산화학사 제조 DH-40, 입경 7~9nm, 구형, 결정상, 고형분 30 중량 %)을 350g 첨가하여 약 1시간 교반한 후에 용매로서 100g의 부틸셀로솔브를 첨가하여 2시간 교반하였다.
이어서, 상기 졸 용액(코팅액)에 염색개선제로서 65중량% 질산 2g을 첨가하여 실록산계 내마모성 피복 조성물을 제조하였다.
코팅막 형성
안경용 고굴절 렌즈(케미그라스사 제조, MR-8, 굴절율 1.59)를 에칭한 후 상기 제조된 피복조성물에 침적시켜 피복시킨 후 110oC에서 2시간 경화시켜 코팅막을형성하였다.
[실시예 2]
pH조절제로서 10 중량% 콜린아세테이트 2g을 추가적으로 첨가하는 것을 제외하고는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
[실시예 3]
65 중량% 질산 2g 대신 10g을 첨가하고, 10 중량% 콜린아세테이트10g을 추가적으로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
[실시예 4]
65 중량% 질산 2g 대신 폴리에틸렌글리콜(분자량 600) 5g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예1 에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
[비교예 1]
65 중량% 질산을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
[비교예 2]
65 중량% 질산 2g 대신 100g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
[비교예 3]
졸-젤 반응 전에 65 중량% 질산 2g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서 기술한 바와 동일하게 실시하여 실록산계 피복 조성물 및 코팅막을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 실록산계 피복 조성물 (실록산계 고굴절용 내마모성 피복 조성물)이 피복되어 형성된 코팅막의 물성은 하기와 같이 평가하였으며 그 결과는 표 1에 나타내었다.
[실험예] 실록산계 피복 조성물 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 실록산계 피복 조성물의 저장 안정성 및 작업성을 평가하여, 하기 표 1에 나타내었다.
A: 저장 안정성
25 ℃에서 1개월 저장하였을 경우 점도 변화 및 침전도를 평가하였다.
○: 1 cP 이하의 점도 변화 및 0.1% 미만의 침전이 있는 경우
△: 1 cP 초과 3 cP 이하의 점도 변화 또는 0.1% 이상 0.5% 미만의 침전이 있는 경우
X: 3 cP 초과의 점도 변화 또는 0.5 % 이상의 침전이 있는 경우
B: 내마모성
#0000 스틸울을 1kg의 해머에 묶어 렌즈에 10회 문지른 후 관찰하였다.
◎: 스크래치 개수 : 0 개
○: 스크래치 개수 : 1cm 이하의 가는 스크래치 5개 이하
△: 스크래치 개수: 1cm 이하의 가는 스크래치 5개 초과 또는 1cm 이상의 긴 스크래치 1개 이상 3개 이하
X: 스크래치 개수: 1cm 이상의 긴 스크래치 3개 초과
C: 부착성
ASTM D3359에 의거하여, 피막에 가로, 세로 각각 1 mm 간격으로 칸을 그어 1 mm2 의 칸을 100개 만든 후 일본 니치반사의 폭 24 mm의 셀로판 테이프를 이용하여 10회 박리테스트를 행하여 도막이 박리되지 않고 부착되어 있는 칸수를 세어서 아래와 같은 기준으로 등급을 평가하였다.
◎: 불량 발생 부위 개수 0개
○: 불량 발생 부위 1개 이상 3개 이하
△: 불량 발생 부위 3개 초과 10개 이하
X: 불량 발생 부위 10개 초과
D: 내열탕성
코팅된 렌즈를 100 ℃의 끓는 물에 10분간 침적시킨 후 외관 검사를 수행하였다.
◎: 크랙 개수: 0 개
○: 크랙 개수: 5 mm 이하의 가는 크랙 5개 이하
△: 크랙 개수: 5 mm 이하의 가는 크랙 5개 초과 또는 5 mm 초과의 긴 크랙 1개 이상 3 이하
X: 크랙 개수: 5 mm 초과의 긴 크랙 3 초과
E: 염색성
브레인 파우어 인코포레이티드사의 BPI선브라운 염료의 0.2중량% 수용액에 피복된 렌즈를 90oC에서 10분간 침적시킨 후 염색전과 후의 투과율의 차이(DT (%))를 측정하였다.
F: 막 두께(㎛)
실리콘 웨이퍼에 피복 조성물을 코팅한 후 경화시켜 프리즘 커플러(prism coupler)를 이용하여 얻어진 데이터의 골과 골 부분의 간격을 측정하여 계산하였으며 각 부위별로 5회 측정하여 평균값을 구하였다.
G: 굴절율(%)
실리콘 웨이퍼에 피복 조성물을 코팅한 후 경화시켜 프리즘 커플러(prism coupler)를 이용하여 각 부위별로 5회 측정하여 평균값을 구하였다.
Figure 112006083608836-PAT00005
상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예 1 내지 4에서 본 발명에 따라 염색개선제가 첨가된 조성물의 경우 염색성이 40% 이상으로 매우 우수하며, 내마모성, 부착성 및 내열탕성이 우수하였다.
이에 비하여, 비교예 1의 조성물의 경우 오가노실란 바인더에 염색개선제가 첨가되지 아니하여 염색성이 3%로 거의 염색이 되지 않았다.
비교예 2의 조성물의 경우 염색개선제가 과량 첨가되어 염색성은 우수하나 오가노실란 바인더의 뭉침 정도를 심하게 하여 저장 안정성이 불량하고 내마모성이 현저하게 저하되었다.
비교예 3의 조성물의 경우 오가노실란의 솔-젤 반응전에 염색개선제를 첨가함으로써, 솔-젤 반응의 조건이 달라지게 되어 오가노실란 바인더의 입자 뭉침을 증가시켜 내마모성을 저하시키고 저장 안정성이 불량하였다.
본 발명에 따른 실록산계 피복 조성물은 피복되는 기재 표면에 중굴절, 고굴절 및 초고굴절용 코팅막을 형성할 수 있으며, 염색성, 내마모성, 광택성, 투명성, 내열탕성 및 저장안정성이 우수하므로, 특히 고투명성을 요구하는 광학용 렌즈, 산업 안전경, 및 레져용 고글과 같은 플라스틱 렌즈의 표면의 코팅막으로 적용될 수 있는 장점이 있다.

Claims (17)

  1. a) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 0.1 내지 50 중량부;
    b) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물 또는 그 부분 축합물 10 내지 60 중량부;
    c) 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물 10 내지 80 중량부;
    d) 용매 30 내지 90 중량부; 및
    e) 염색개선제 0.01 내지 5 중량부;
    를 포함하여 이루어지는염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물.
    [화학식 1]
    R1 aSi(OR2)4-a
    상기 화학식 １에서，R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C2-C6의 알릴기 및 C３-C６의 방향족 탄화수소기로 이루어진 군으로부터 선택되고，a는 0 내지 3의 정수이다.
    [화학식 2]
    R3 bSi(OR4)4-b
    상기 화학식 2에서, R3는
    Figure 112006083608836-PAT00006
    이고， R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
    Figure 112006083608836-PAT00007
    로 이루어진 군에서 선택되고， R7은 수소 및 C1-C4의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고, R4는 C1-C6의 알킬기이고, b는 0 내지 3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    화학식 1의 화합물은 메틸 트리메톡시 실란, 메틸 트리에톡시 실란, 비닐 트리메톡시 실란, 비닐 트리에톡시 실란, 디메틸 디메톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 비닐메틸 디메톡시 실란, 부틸 트리메톡시 실란, 디페닐 에톡시 비닐실란, 메틸 트리이소프로폭시 실란, 메틸 트리아세톡시 실란, 테트라페녹시 실란, 테트라프로폭시 실란, 비닐 트리이소프로폭시 실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    화학식 2의 화합물은 3-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란, 3-글리시독시 프로필 트리에톡시 실란, 3-글리시독시 프로필 메틸메톡시 실란, 3-글리시독시 프로필 메틸에톡시 실란, 베타-(3,4-에폭시 사이클로헥실)에틸 트리메톡시 실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    무기산화물은 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화주석, 산화세륨, 티탄산바륨, 산화알루미늄, 산화이트륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 무기 단독 산화물인 실록산계 피복 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    무기산화물은 이산화규소(SiO2), 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화주석, 산화세륨, 티탄산바륨, 산화알루미늄 및 산화이트륨(Y2O3)으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 무기산화물이 화학적으로 결합하여 형성된 무기 복합 산화물인 실록산계 피복 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    무기산화물은 1차 입자의 평균입경이 3 내지 30 nm인 실록산계 피복 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, t-부탄올, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 자이렌, 톨루엔, 메틸 셀로솔브, 에 틸 셀로솔브, 부틸 셀로솔브, 이소프로필 셀로솔브, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    염색개선제는 질산, 염산, 인산, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산은, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리나트륨아크릴레이트, 폴리에틸렌이민, 폴리스티렌술폰산염, N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 메틸 디메톡시 실란, N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, N-β(아미노 에틸)γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노프로필 트리메톡시 실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, N-페닐-γ-아미노프로필 트리메톡시 실란 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 실록산계 피복 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    초산, 개미산, 암모니아수, 에틸렌디아민, 트리에틸아민, 콜린아세테이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 pH조절제를 더욱 포함하는 실록산계 피복 조성물.
  10. a) 용매 및 촉매의 존재 하에 ⅰ) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물과, ⅱ) 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 그 가수분해물, 그 부분축합물 또는 이들의 혼합물을 혼합하고, 졸-겔 반응 을 수행하여 유기-무기 졸을 제조하는 단계；
    b) 유기-무기 졸에 굴절율이 1.7 내지 3.0인 무기산화물을 첨가하는 단계;
    c) 무기산화물이 첨가된 유기-무기 졸에 염색개선제를 첨가하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 염색성, 내마모성, 광택성 및 투명성이 우수한 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
    [화학식 1]
    R1 aSi(OR2)4-a
    상기 화학식 １에서，R1 및 R2는 각각 독립적으로, C1-C6의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C1-C6의 할로겐화 알킬기, C2-C6의 알릴기 및 C３-C６의 방향족 탄화수소기로 이루어진 군으로부터 선택되고，a는 0 내지 3의 정수이다.
    [화학식 2]
    R3 bSi(OR4)4-b
    상기 화학식 2에서, R3는
    Figure 112006083608836-PAT00008
    이고， R5는 C1-C4의 알킬렌기이고， R6는 수소， C1-C4의 알킬기, 및
    Figure 112006083608836-PAT00009
    로 이루어진 군에서 선택되고， R7 은 수소 및 C1-C4의 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택되고, R4는 C1-C6의 알킬기이고, b는 0 내지 3의 정수이다.
  11. 제10항에 있어서,
    c) 단계 이후에 염색개선제가 첨가된 유기-무기 졸에 pH 조절제를 첨가하는 단계를 더욱 포함하는 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단계 a)의 반응은 20 내지 40℃의 온도에서 수행하는 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    촉매는 산 촉매 또는 염기 촉매인 것인 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    산 촉매는 초산, 인산, 황산, 염산, 질산, 클로로설포닉산, 파라-톨루엔설포닉산, 트리클로로아세틱산, 폴리포스포릭산, 아이오딕산, 요오드산 무수물, 퍼크로릭산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 염기 촉매는 가성소다, 포타슘하이드록사이드, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 이미다졸, 암모늄 퍼클로레이 트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 실록산계 피복 조성물의 제조방법.
  15. 제1항에 따른 실록산계 피복 조성물로 코팅된 광학렌즈.
  16. 제15항에 있어서,
    굴절율이 1.54 내지 1.65인 코팅막으로 피복된 광학 렌즈.
  17. 제15항에 있어서,
    산업 안전경 또는 레져용 고글인 광학 렌즈.
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